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: andrea.perali@unicam.it 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).

rrr

mmGF ˆ

2

21

2112

Esempio della

Legge di Gravitazione Universale

Esempio: misura dell’attrazione gravitazionale tra un pianeta e un satellite

Luna

Terra

Usiamo un dinamometro ??!!

Bilancia di torsione per la misura di G

E’ meglio servirsi della legge di gravitazioneuniversale !!!

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.

v’=v-v0 c’=c

R

R’

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 dellacomunicazione di massa. Ma la scienza, e in primis la fisica, ha indotto la prima globalizzazione del pensieroumano 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

• 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 enti-univeristà. (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.