Il metodo della ricerca sperimentale in
Fisica:
il laboratorio scientifico, la comunità dei ricercatori,
i prodotti della ricerca, il ruolo del web 2.0
e recenti evoluzioni della bibliometria
Docente: Andrea Perali
Facoltà di Farmacia
Dipartimento di Fisica, Università di Camerino
e-mail: [email protected]
Tel. 0737- 402539
Fisica: definizione
La fisica è una scienza volta alla comprensione
delle leggi che meglio descrivono i fenomeni
naturali osservabili e le relazioni che
intercorrono tra essi.
Le leggi fisiche sono derivate da un'insieme di
osservazioni
sperimentali
del
fenomeno
accompagnate da una o più astrazioni teoriche
che permettano di isolare le caratteristiche
rilevanti del fenomeno stesso.
Fisico al lavoro !
Il lavoro del fisico è un continuo oscillare
tra astrazione e misura di grandezze
fisiche note o di cui si presenta la
necessità di nuova definizione e il risultato
di tale operare porta alla formulazione
delle leggi fisiche.
La legge fisica
La legge fisica è una relazione matematica tra grandezze
fisiche: note alcune grandezze (per es. di facile misura) se
ne possono ricavare altre matematicamente (per es. più
difficili da misurare).
F12  G
Esempio della
Legge di Gravitazione Universale
m1m2
r1  r2
2
rˆ
Esempio: misura dell’attrazione
gravitazionale tra un pianeta e un satellite
Usiamo un
dinamometro ??!!
Luna
Terra
Bilancia di torsione
per la misura di G
E’ meglio servirsi della
legge di gravitazione
universale !!!
Universalità e Validità di una
Legge Fisica
La validità di una legge fisica è
supportata dalle verifiche
sperimentali che si possono
effettuare con gli strumenti a
disposizione nel dato momento
storico e grazie a queste
verifiche si assegna un carattere
di universalità alla legge fisica.
L'universalità e anche la validità della legge
fisica ha una valenza temporale: esse sono
accettate sino a quando non si realizzerà un
esperimento che mostrerà i limiti di validità della
legge fisica.
In tal caso si sostituirà all'universalità il
dominio di validità della legge fisica.
Sarà quindi necessario trovare o una nuova
legge per il restante dominio o, meglio, una
legge più generale che assicuri nuovamente
l'universalità e si riduca alla vecchia legge nel
dominio di validità di quest’ ultima.
Galilei vs Einstein
La storia della fisica è ricca di questi esempi, come il
passaggio dalla relatività classica di Galilei alla relatività
speciale di Einstein, reso necessario dalla misura della
velocità della luce, che risulta essere una costante
universale indipendente dalla particolare scelta del
sistema di riferimento.
R’
v’=v-v0
R
c’=c
Utilità della legge fisica
L'utilità di una legge fisica è data dalla sua capacità di
formulare predizioni che possono riguardare o
l'evoluzione di una grandezza fisica al variare dei
parametri esterni, quali per esempio, il tempo, la
temperatura, la pressione, i campi elettromagnetici,
x(t)=v*t+x0
P(T)=nRT/ V
F(E)=q*E
oppure la possibilità che si verifichino nuovi fenomeni
ancora non osservati. La predizione fornita da
una legge fisica è quindi fondamentale per sviluppare
applicazioni tecnologiche e per generare nuove
conoscenze determinanti per l'avanzamento della
scienza.
(Vedi discorso Pigorini: Discorso_Pigorini_p1.pdf, pag.4,5)
Comunicazione scientifica
Un altro aspetto fondante della fisica, come di ogni altra
scienza di base, è la comunicabilità dell'avanzamento
delle conoscenze. Viviamo nella società della
comunicazione che ha avuto origine dagli avanzamenti
della fisica di fine Ottocento nel campo
dell'elettromagnetismo, messi in pratica dal nostro
grande fisico e inventore Guglielmo Marconi (premio
Nobel per la fisica nel 1911).
Pensiamo oggi alla globalizzazione quale frutto della
comunicazione di massa.
Ma la scienza, e in primis la fisica,
ha indotto la prima globalizzazione del pensiero
umano e affonda le sue radici nell'Europa del Seicento.
La matematica, il linguaggio dei fisici !!
E il linguaggio scelto dai fisici è quello della matematica,
attraverso la quale scrivono le leggi della fisica e le
comunicano a tutta la comunità mondiale degli scienziati,
affinché tutti siano in grado di sottoporre a verifica la
validità di una legge, sviluppare da essa nuove
conoscenze o trarne beneficio per gli sviluppi
tecnologici.
Logica e Precisione del Linguaggio
La comunicazione dei risultati scientifici si basa quindi
sulla precisione del linguaggio e la matematica è un
linguaggio preciso per costruzione.
E' compito dei matematici tutelare la precisione del
linguaggio matematico e sviluppare strumenti sempre
più potenti e flessibili per arricchire tale linguaggio.
E' compito dei fisici, come degli altri scienziati, fare un
uso massimamente corretto di un linguaggio preciso,
come quello della matematica, insieme ad una precisa e
logica formulazione dei passi che hanno portato alla
formulazione di una legge fisica o dei passi necessari
per ripetere un esperimento o una simulazione
numerica.
Competenze di un Fisico
Il fisico deve possedere la capacità di
ragionamento profondo per cogliere gli
aspetti essenziali di un fenomeno fisico
ancora non compreso, per arrivare alla
formulazione di una nuova legge e per
riuscire a comunicarla efficacemente alla
comunità scientifica.
Studiare la Fisica
Affrontare lo studio della fisica implica
il cercare nel tempo di acquisire e
fare proprio questo pensiero profondo, preciso,
accompagnato dal dubbio, inteso come spirito
critico e autocritico, e dalla curiosità unita alla
passione, uniche qualità in grado di spingere verso
l'elaborazione di nuove e inaspettate conoscenze.
Bibliografia
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• La struttura delle rivoluzioni scientifiche, T. S. Kuhn,
Einaudi.
Dal mondo del pressapoco all’universo della precisione,
Alexander Koyré, Piccola Biblioteca Einaudi (Einaudi)
La legge fisica, R. P. Feynman, Universale Scientifica
Boringhieri.
Gli otto peccati capitali, K. Lorentz, Adelphi.
Scienza e metodo, Jules-Henri Poincaré, Biblioteca
Einaudi.
La Scienza come impresa mondiale, P.L. Kapitsa, Editori
Riuniti.
Incontri con menti straordinarie, Piergiorgio Odifreddi,
Londanesi editore.
Comunità dei ricercatori (Fisica)
• Università: docenti/ricercatori, post-doc, dottorandi,
laureandi (laurea specialistica). Tecnici di laboratorio.
ILO e personale amministrativo specializzato in gestione
finanziamenti per la ricerca.
• Centri di Ricerca (principalmente pubblici): ricercatori e
dirigenti di ricerca, personale a contratto, etc.
In particolare all’estero, in crescita anche in Italia: laboratori
sperimentali e/o computazionali in cogestione entiuniveristà. (Vedi NIST in USA, CNR in Italia, Max-Planck
in Germania, CNRS in Francia, etc..)
Prodotti della ricerca scientifica
• Articoli scientifici su riviste internazionali anche
on-line.
• Presentazioni a congressi e relativi atti.
• Monografie, libri per università e divulgazione.
• Codici e programmi per simulazioni numeriche.
• Deposito dati sperimentali in banche dati
accessibili via web.
• Brevetti.
• Spin off e collaborazioni industriali.
• Prototipi di nuovi strumenti di misura e
tecnologie innovative.
Ruolo del Web 2.0
• Riviste scientifiche on-line (a partire da Nature e
Science) con servizi di comunità e interazione
on-line: forum, blog, pod-cast, web cast ed
eventi on-line.
• Materiale multimediale e filmati esperimenti,
ulteriori dati e informazione come materiale
supplementare on-line all’articolo principale.
• Skype e altri strumenti per il VOIP e/o
videoconferenza singola o a gruppi.
Condivisione di applicazioni.
Ruolo del Web 2.0 e di Internet
• Esperimenti Web driven
• Dati sperimentali on-line (maggiormente nel
settore medico-biologico).
• GRID computing: prima esperienza con il
programma SETI (Search for Extraterrestrial
Intelligence)
• Conferenze su reti universitarie dedicate a
larghissima banda.
Mancato ruolo del web 2.0
Lavori collaborativi on-line sullo stile di
Wikipedia.
La collaborazione on-line si limita al
commento di alcuni articoli rilevanti in
letteratura nei blog delle riviste e anche
quest’ultima attività non ha ancora avuto
molta diffusione.
Bibliometria
Web of Knowledge
(data base per referenze bibliografiche e citazioni)
http://apps.isiknowledge.com
Oppure:
Scopus
Google Scholar
Altre referenze specifiche:
• “Mesasuring Up? The metrics that shape your career”,
Nature 465, 860 (2010).
• Does the h-index have predictive power? J.E. Hirsch,
Proc.Nat.Acad.Sci. 104, 19193 (2007).
• “Physicists get social”, Luciano Pietronero, Nature
Physics 6, 641 (2010). (L.P. è Prof. Ordinario di Fisica a
Roma 1).
• “The economy needs agent-based modelling”, J.D.
Farmer and D. Foley, Nature 460, 685 (2009).
(J.D. Farmer è affiliato anche alla LUISS – Roma).
Innovation prizes and games
Offering a cash prize to encourage innovation… sometimes
it works rather well.
Scientific discovery games….. You have just invented a
vaccine. Congratulations !!
Attraverso stati di metastabilità e sostanziale “remodelling”
per individuare la struttura di nuove proteine.
Referenza: The Economist, August 7-13, 2010, pag. 63.
Possibili contatti: ISC-CNR - Roma
Istituto dei Sistemi Complessi del CNR, sede di
Roma.
Presenza di un gruppo di ricercatori esperti in
meccanica e fisica statistica (complessità,
networks, dinamiche caotiche, etc..)
Per es.:
Claudio Castellano: modelli di voto per le
dinamiche dell’opinione.