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Tempo – Interazioni o Forze Fondamentali

Post n°8114 pubblicato il 20 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

La ricerca di una Teoria del Tutto riguarda le seguenti interazioni fondamentali, o forze fondamentali, note ed è stata preceduta nel tempo da Teorie del (quasi) Tutto che ne hanno unificato un sottoinsieme.

 

Forza elettromagnetica:

  • spiega fenomeni naturali come l'elettricità, il magnetismo e la luce;
  • costituisce il primo esempio di unificazione di due diverse forze, quella elettrica e quella magnetica, in una Teoria del (quasi) Tutto chiamata Elettromagnetismo (1864).

 

Forza debole:

  • che si lega ai processi di decadimento nucleare, quelli per cui gli atomi si trasformano rilasciando energia radioattiva;
  • unificata alla forza elettromagnetica in una Teoria del (quasi) Tutto chiamata Interazione Elettrodebole (1960-70).

 

Forza forte:

  • quella che lega tra di loro i quark per formare protoni, neutroni e le altre particelle;
  • anch'essa unificata alla forza elettromagnetica e debole in una Teoria del (quasi) Tutto chiamata Interazione Elettronucleare (1950-70).

 

Forza gravitazionale:

  • quella che spiega la gravità, l'attrazione tra masse, l'equivalenza tra massa ed energia;
  • che si tenta, non si può ancora dire che ci si sia riusciti, di unificare mediante una Teoria del Tutto con le altre forze.

 

Il problema principale nel produrre una Teoria del Tutto è che le due teorie fisiche fondamentali accettate della fisica moderna, Meccanica Quantistica e Relatività Generale, sono ancora inconciliabili.

 

Quali sono le Teorie del Tutto o comunque le teorie che prevedono che il tempo potrebbe essere una proprietà emergente?

 

 
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Tempo – Teoria del Tutto

Post n°8113 pubblicato il 20 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

Quattro teorie, tra loro inconciliabili, applicate sempre separatamente, a seconda del livello:

  • Livello cosmologico, per cui si usa la Relatività Generale e le teorie cosmologiche su essa basate.
  • Livello macroscopico, per cui si usa la Fisica Classica, che si ottiene come limite della Relatività Generale alle basse energie e velocità.
  • Livello fondamentale, cui si applicano la Meccanica Quantistica ed il Modello Standard.

 

Quattro teorie? Troppe! Meglio una sola ... Una Teoria del Tutto!

Che cosa è una Teoria del Tutto?

Una Teoria che si sostituisca alle tre teorie oggi sperimentate ed accettate, oggi applicate separatamente, sussumendole in se stessa.

 

Il termine Teoria del Tutto si è iniziato ad utilizzare mentre mi laureavo in Fisica, all'inizio degli anni '80, all'inizio con intento ironico, poi si è affermato per descrivere quella teoria che:

  • coerentemente formulata, adeguatamente formulata in modo matematicamente rigoroso e priva per questo di contraddizioni interne;
  • predittiva, capace di fare predizioni che possano indirizzare la ricerca sperimentale di verifiche delle stesse in grado di confermare la teoria;
  • sperimentabile, se le predizioni della teoria di cui sopra rientrano all'interno di regimi di energia e distanze, sperimentalmente raggiungibili dagli acceleratori di particelle nell'infinitamente piccolo, o dai radiotelescopi nell'infinitamente grande, oggi esistenti, o realizzabili nei prossimi anni;

potesse:

  • unificare tutte le interazioni fondamentali, o forze fondamentali note, riunendole in un unico quadro concettuale;
  • essere così in grado di spiegare interamente e tutti i fenomeni fisici conosciuti.

 

Oggi una teoria del genere non c'è, ancora si vacilla in parte sulle formulazioni coerenti, in parte sull sperimentabilità.

 

 
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Tempo – Teorie Fisiche sperimentate ed universalmente accettate

Post n°8112 pubblicato il 20 Settembre 2017 da sagredo58
 


Le teorie fisiche oggi utilizzate, applicate, ovvero che generano ricadute sulla vita dell'Uomo sono quattro.

Fisica Classica (1638-1905), i cui argomenti inizialmente appartengono alla filosofia greca (VII Secolo a.C. - VI Secolo d.C), e si evolvono intrecciandosi con quelli di tutte le altre scienze (matematica, medicina, ecc.) e delle non scienze (filosofia, alchimia, astrologia, ecc.), sotto la bandiera della Filosofia Naturale; sino al 1638, quando Galileo pubblica il trattato scientifico Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti la meccanica e i moti locali, considerato lo spartiacque tra filosofia naturale e fisica classica in senso proprio, che include tutte le teorie formulate prima del XX Secolo, sino ad essere confutata dalla Relatività Ristretta (1905).

  • Insieme di teorie non unificate che considerano esclusivamente i fenomeni che si collocano nel livello macroscopico percepito dall'Uomo (non considerano i fenomeni descritti, a livello cosmologico dalla Relatività Generale, a livello fondamentale dalla Meccanica Quantistica).
  • Basata su un formalismo matematico rigoroso.
  • Verificata sperimentalmente innumerevoli volte con un'ottima precisione.

 

Relatività Generale (1905-1915), utilizzando una matematica rigorosa e complessa (analisi tensoriale e geometria differenziale) descrive la forza gravitazionale, come effetto della geometria curva dello Spaziotempo, conseguenza della presenza di corpi dotati di massa o energia (una piccola massa a grande velocità, o una grande massa in quiete hanno lo stesso effetto di curvatura per effetto dell'equivalenza tra massa ed energia):

  • Teoria non quantistica, che unifica diverse branche della fisica classica la Meccanica di Galileo e Newton con l'Elettromagnetismo (1865-1900) di Maxwell e Faraday.
  • Basata su un formalismo matematico rigoroso.
  • Verificata sperimentalmente molte volte con un'ottima precisione.

 

Meccanica Quantistica (1913-1970), che, superando la fisica classica, descrive in modo unificato il comportamento della materia e le reciproche interazioni con tre delle forze fondamentali note (forte, debole, elettromagnetica):

  • Teoria non relativistica, inclusiva di Elettrodinamica Quantistica (1920-1948), teoria quantistica della forza elettromagnetica e dell'interazione debole, e Cromodinamica Quantistica (1950-70), teoria quantistica dell'interazione forte.
  • Basata su un formalismo matematico rigoroso, che però utilizza un approccio di approssimazione per la soluzione delle formule (teoria perturbativa).
  • Verificata sperimentalmente molte volte con un'ottima precisione.

 

Modello Standard (1967-1970), che, utilizzando la Meccanica Quantistica, descrive che la materia (protoni e neutroni) e tre delle quattro forze fondamentali note (forte, debole, elettromagnetica), incluse le particelle elementari ad esse collegate (rispettivamente: gluone; bosoni W, Z e di Higgs; fotone):

  • Teoria relativistica che non comprende la gravità e la particella ad essa associata (gravitone);
  • Utilizza un approccio di approssimazione per i calcoli matematici (teoria perturbativa).
  • Verificata sperimentalmente con un'ottima precisione.

 

 
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Tempo – Tempo Emergente

Post n°8111 pubblicato il 19 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

Che c'entrano i livelli dell'Universo con il tempo? Servono:

  • servono a fare chiarezza su cosa significhino affermazioni come "il tempo esiste" o "il tempo non esiste";
  • consentono di rendere, qualunque delle due precedenti affermazioni si scelga, meno apodittica, più contestualizzata, più precisa, più significante.
  • permettono di scrivere una frase come quella di seguito.

A livello fondamentale il tempo può non esistere, ma può comparire ai livelli superiori (macroscopico e cosmologico).

 

Ricordate che di tutti gli esempi possibili di oggetti appartenenti al livello macroscopico percepito dall'uomo, ho scelto un solido tavolo ed una pentola piena d'acqua bollente? No, non è stato un caso e non stavo nemmeno cucinando la mia mitica carbonara ...

La solidità (del tavolo) e la temperatura (dell'acqua), sono proprietà emergenti, o collettive, dalle proprietà degli atomi e molecole (forze inter atomiche o molecolari, velocità) costituenti gli oggetti macroscopici (tavolo, pentola d'acqua, Uomo).

  • un tavolo appare solido, sebbene sia un insieme di atomi composto, per la maggior parte, da spazio vuoto;
  • all'acqua in una pentola si associa una temperatura, che quando bolle definisce quelli che per noi sono di 100 gradi, sebbene esista solo il movimento scomposto dell'insieme di molecole che la compongono che aumenta all'aumentare dell'energia termica che si trasferisce all'acqua.

 

Analogamente il tempo potrebbe essere una proprietà emergente (come lo sono solidità e temperatura), degli ingredienti basilari che costituiscono l'Universo, legati al livello fondamentale, quali che siano.

 

L'idea di tempo emergente ha lo stesso rivoluzionario potenziale della concettualizzazione del tempo operata da Einstein nella Relatività (1905-15) che produce quel concetto di Spaziotempo, che:

  • unisce indissolubilmente le tre dimensioni spaziali a quella temporale, interscambiabili per diversi osservatori, cosa per cui quello che è dimensione spaziale per uno, potrebbe essere dimensione temporale per un altro;
  • abbatte il concetto di tempo assoluto, uguale per tutti gli osservatori, cosa per cui quello che è futuro per uno, potrebbe essere passato per un altro.

 

Un secolo dopo Einstein, i fisici ritengono che ridefinire il concetto di tempo sia di nuovo centrale per superare l'impasse in cui versano le teorie fisiche attualmente ampiamente accettate.

 

 
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Tempo – Livelli dell’Universo

Post n°8110 pubblicato il 19 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

La fisica, applicando un metodo riduzionista, scompone l'Universo in livelli:

  • Galassie ed altri oggetti astronomici, appartengono ad un livello cosmologico, molto limitatamente percepito dall'uomo guardando il cielo ad occhio nudo.
  • Un solido tavolo, come una pentola piena d'acqua bollente, utili a cucinarsi due fili di pasta, poi a mangiarseli, appartengono sicuramente a quel livello percepito dall'Uomo affamato che si divora la pasta, che chiamiamo livello macroscopico.
  • Atomi e Molecole, di fatto i costituenti del livello macroscopico, appartengono ad un livello microscopico, non percepito dall'uomo (volendo si potrebbe parlare, al progressivo diminuire delle dimensioni in gioco di livello microscopico: molecolare, atomico, nucleare, subnucleare);
  • Atomi e Molecole, sono a loro volta costituiti da altre entità, ingredienti ancora più elementari, basilari come quarks, stringhe, loop, afferenti ad un livello fondamentale.

 

Distinguo provocatoriamente tra livello microscopico e livello fondamentale, solo perché nel corso del tempo il livello microscopico si è ridefinito più volte, i suoi costituenti si sono reiteratamente scomposti, senza mai sapere davvero se si è raggiunto il livello fondamentale.

 

La fisica ambisce descrivere da oltre un secolo questo livello fondamentale, la filosofia da quasi tre millenni, eppure ...

  • ogni volta che s'ipotizza un ingrediente elementare, un costituente ultimo,
  • una volta trovatolo sperimentalmente, oggettivamente,
  • s'ipotizza un costituente ancora più elementare, più ultimo, più piccolo
  • che si rifugia inevitabilmente in ambiti sempre più irraggiungibili, dalla energie sempre più alte.

 

E' accaduto:

  • all'atomo di Democrito, scomposto in particelle elementari (protoni, neutroni, elettroni);
  • alle particelle elementari, scomposte in quarks, stringhe, loop, a seconda di quale teoria si scelga;
  • accadrà ancora? Anche a quarks, stringhe, loop?

 

Per rendersi conto di questi livelli consiglio:

  • un vecchio libro del 1986 che trovo oggi come allora (il tempo è passato!)sempre innovativo, geniale, attuale Potenze di dieci. Le dimensioni delle cose nell'universo;
  • un filmato didattico su YouTube del 2008, per i più pigri, che riusa l'idea del libro Potenze di 10;

Entrambi esplorano l'Universo sulla "distanza" di 40 potenze di 10 (... 1/100, 1/10, 1, 10, 100 ...), un 1 seguito da 40 zeri è veramente un grande numero.

 

 
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Tempo - Realtà senza Tempo

Post n°8109 pubblicato il 18 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

L'idea di una realtà senza tempo è così sbalorditiva che è difficile da capire:

  • quel che si fa, si fa nel tempo;
  • l'Universo in cui si fa, è una serie di eventi collegati tra loro dal tempo.

 

Data una frase come quella scritta sopra, che chiunque è disposto a condividere, c'è da chiedersi:

Cos'è l'Universo?

Forse sarebbe meglio parlare di "immagine dell'Universo": pura rappresentazione soggettiva dell'oggetto.

 

Come sostengono il filosofo Husserl (1859 -1938) ed il suo discepolo Heidegger (1889-1976), iniziatori di quella disciplina filosofica chiamata Fenomenologia, una rappresentazione soggettiva in cui il tempo:

  • non è il tempo oggettivo della scienza;
  • non è il tempo soggettivo della conoscenza, quello percepito dall'Uomo;
  • è il tempo dell'esistenza, il tempo come modalità dell'esserci dell'essere;
  • è il modo, non soltanto attraverso cui l'esserci conosce il mondo, ma sceglie di esistere nel mondo.

 

Ognuno (soggetto) osserva banalmente:

  • auto che si spostano,
  • candele che si consumano,
  • tramonti che colorano il cielo,
  • capelli che diventano sempre più grigi.

 

Ognuno (soggetto) vede il cambiamento come mutamento, variazione di qualche proprietà di ciò che c'è nell'Universo, Uomo incluso, rispetto al tempo.

 

Una teoria fisica che prescinda dal tempo:

  • deve spiegare perché osserviamo il cambiamento,
  • se invece il mondo non sta cambiando perché il tempo non esiste.

 

Alcune recenti ricerche tentano proprio di fornire questa spiegazione, sicuramente dovranno tenere conto di quelli che chiamo i livelli dell'Universo.

 

 
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Tempo - Divergenza tra Percezione dell’Uomo e Fisica

Post n°8108 pubblicato il 18 Settembre 2017 da sagredo58
 

 

Questo modo di pensare il tempo, passato fisso/futuro aperto, è:

  • naturale,
  • umano,
  • studiato dalle neuroscienze cognitive,
  • ma non è una verità della fisica.

Il fondamento scientifico di come pensare il tempo, il suo essere "vero", almeno nell'ambito della fisica, non può derivare dalla percezione dell'Uomo.

 

Le equazioni della fisica non ci dicono quali eventi si stanno verificando proprio adesso:

  • sono come una mappa senza l'indicazione "voi siete qui";
  • in queste equazioni non esiste il momento attuale, quindi nemmeno il fluire del tempo.

 

Da oltre un secolo la teoria della Relatività di Einstein suggerisce:

  • non solo che non esiste un singolo presente speciale,
  • ma anche tutti i momenti sono ugualmente reali.

In sostanza, il futuro non è più aperto del passato!

 

La differenza tra l'idea della fisica e la percezione quotidiana del tempo (devo ironicamente rimarcare nel corso del tempo, da Uomo, percettivo del tempo, che sono):

  • ha appassionato pensatori di tutte le epoche passate;
  • si è fatta sempre più grande nel corso del XX secolo, al procedere del lavoro dei fisici che hanno privato il tempo della maggior parte delle proprietà che gli attribuiamo nel quotidiano;
  • oggi sembra raggiungere il suo apice, molti fisici teorici (non tutti) pensano che il tempo addirittura non esista, che l'Universo sia privo di tempo;
  • domani potrebbe arrivare alla sua conclusione logica?

 

Sia chiaro, per ora, relativamente all'affermazione della Fisica "il tempo non esiste":

  • non si può parlare di teoria,
  • ma solo di ipotesi di lavoro, peraltro ancora non suffragata da qualche fatto sperimentale inoppugnabile.

 

 
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Tempo – E’ un’illusione?

Post n°8107 pubblicato il 17 Settembre 2017 da sagredo58

 

Il tempo:

  • è stato considerato come atto della mente, della ragione, della percezione, dell'intuizione, dei sensi, della memoria, della volontà, e di tutte le loro combinazioni e interferenze;
  • è ritenuto un senso generale che accompagna ogni contenuto mentale, allo stesso modo del dolore e del piacere;
  • è considerato anche come senso a sé, separato, speciale, disparato;
  • è stato dichiarato a priori, innato, intuitivo, empirico, meccanico;
  • è stato dedotto dall'interno e dall'esterno dell'Uomo, dal cielo e dalla terra, da diverse altre cose difficili da immaginare.

 

C'è una domanda che m'intriga assai: Il tempo è un'illusione?

Leggere questa frase può far pensare che questo "momento attuale", il "proprio adesso", è ciò che sta accadendo.

Il "momento attuale" sembra speciale, reale, per quanto si ricordi il passato, o si sappia anticipare il futuro, si vive nel presente. Il momento in cui si è letta la frase precedente, adesso non è più in corso. Lo è questo, in cui, quel precedente momento, si archivia nel passato.

Tutto questo costruisce l'impressione che il tempo fluisca, nel senso che il presente si aggiorna di continuo.

 

Si ha una profonda intuizione (facile da confondere con la verità oggettiva) del fatto che:

  • il passato sia fisso, immutabile, per questo generatore di rimpianti.
  • il futuro sia aperto, fino a quando non diventa presente, aperto quindi alla speranza;

Con il fluire del tempo questa ripartizione tra passato fisso, presente in atto, futuro aperto, è trasportata nel tempo.

 

Da questa struttura percettiva del tempo dipende il modo in cui si vive, questa struttura è parte integrante:

  • del pensiero,
  • del comportamento,
  • del linguaggio,
  • dell'Uomo in sintesi.

 

 

 

 
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Tempo – Sagredo divulga la Fisica

Post n°8106 pubblicato il 17 Settembre 2017 da sagredo58
 


Per questo ho preso a divulgare la fisica appena se ne presentasse l'occasione, che fosse semplicemente tra amici, nell'ambito della formazione manageriale in cui mi sono sempre impegnato, o rivolta a studenti appassionati della fisica.

Una delle più belle esperienze, sviluppatasi per un decennio tra il 2004 ed il 2014, inizialmente al Dipartimento di fisica della terza università di Roma, Tor Vergata, poi presso diversi licei scientifici romani, è stata una sorta di lezione rivolta agli studenti dell'ultimo anno delle superiori, per orientarli ad iscriversi alla facoltà di Fisica dove fenomeno italiano ed europeo, le iscrizioni sono ormai costantemente in calo.

Ne uscirono fuori delle domande e le relative risposte:

  • Perché studiare fisica?
  • Come studiare Fisica ?
  • Che insegna la Fisica ... oltre alla Fisica ?
  • Che può fare chi ha studiato Fisica ?

L'avventura culturale più vibrante in tema di fisica si è svolta dal 2005 al 2012, quando sono andato, come volontario, a insegnare fisica alle elementari, ad incontrare le III classi, poi successivamente allargando l'intervento a IV e V, mi sono divertito molto ad interagire con i bambini, per il loro elevato interesse, per la loro voglia di partecipare, di condividere ragionamenti, la loro impagabile spontaneità e simpatia.

Appena rimango disoccupato o vado in pensione, ricomincio in parallelo, dividendomi tra elementari e liceo.

Dal 2008, alla lettura della divulgazione di fisica, associo la scrittura di una sorta di tesine su quegli aspetti che più m'interessano.

Oggi che il tempo mi ha attraversato come Uomo, e ne ha lasciato il segno:

  • perfettamente conscio che questo che vado a presentare sia un "inutile lavoro", non richiesto da nessuno, a nessuno utile;
  • ricordando che il tempo della fisica, m'ha intrigato il cervello, sin da quei primi lavori citati;
  • godendo del tempo dell'Uomo, passato a leggere per poi scrivere del tempo della Fisica, sia stato divertente, stimolante, appagante, gratificante;

completata questa sorta di tesina compilativa sul tempo nella fisica dell'OGGI, in questo modo:

  • celebro a mio modo i 35 anni passati da quel 16 luglio del 1982 in cui mi laureai in fisica;
  • do una bella fregatura ad un ragazzo che si laurea in astrofisica questo 20 luglio 2017, rendendogli disponibile l'inutile tesina quando vorrebbe andare al mare, così costringendolo ad un feedback dovuto!
  • lo invio ai pochi amici che potrebbero leggerlo (se ne avessero voglia, senza che debbano), amici che l'intrigo della fisica hanno anch'essi provato, tra cui uno che quel giorno s'è laureato in fisica con me;
  • pubblico sul blog, una lunga serie di post dedicati al tempo, conscio del fatto ma ad esso indifferente, che pochi avranno il tempo o la voglia di leggerlo.

 

E' tempo ... di cominciare, ma prima un aforisma sul tempo (di Michael Althsuler):

La cattiva notizia è che il tempo vola.

La buona notizia è che sei il pilota.

 

 
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Tempo – Sagredo incontra la Fisica

Post n°8105 pubblicato il 16 Settembre 2017 da sagredo58
 

Nel 1973 al liceo, ho iniziato a studiare fisica seriamente, fortunatamente inserito in una classe sperimentale che si occupava di Relatività Ristretta.

Nel 1976, in quinto liceo Scientifico ho tenuto il mio primo seminario, rivolto a studenti del triennio sul concetto di tempo all’interno nell’ambito della Fisica Classica, Relativistica e Quantistica.

Mi sarebbe piaciuto occuparmi di filosofia naturale, quell'amalgama di Filosofia e Fisica interrottasi nel 1638 con Galileo, che tracciò la rigida demarcazione tra le due discipline.

Sono stato figlio dei miei tempi, nel rispetto di quel metodo scientifico affermato da Galileo, ho scelto di studiare fisica teorica, concedendomi il vezzo di pensare che, in una futura età di mezzo, mi sarei laureato in Filosofia della Scienza, così da riunire, a mio modo, Fisica, Metafisica ed Epistemologia, in un unico interesse: quello per la conoscenza.

Mentre studiavo Fisica all’università La Sapienza, quel primo seminario sul tempo è stato rivisto, è cresciuto, è stato replicato diverse volte tra il 1978 ed il 1982, erogato a favore di Professori e Studenti del Liceo Scientifico da cui ero uscito.

Parallelamente è diventato un corso per studenti universitari della facoltà di filosofia dell’università La Sapienza, erogato per un semestre di due anni accademici consecutivi, poco prima della mia laurea in Fisica conseguita nel 1982.

Il mio ultimo anno di Fisica, è stato quello in cui ho capito che la sequenza ininterrotta di 30 o 30 e lode, l'ammirazione di molti studenti della facoltà che mi vedevano, assieme a pochi coi quali ci alternavamo, essere sempre i primi a dare l'esame con il massimo dei voti, il riconoscimento di molti professori, le ricche borse di studio dell’Accademia dei Lincei che inanellavo, tutto ciò, non mi abilitava a fare il fisico, ero un eccellente studente ma non avevo l'istinto del fisico, mi mancava la favilla, ne ero finalmente cosciente.

Non ho realizzato il mio sogno, dopo la laurea in Fisica non ho fatto il fisico. Arrivato a quell’età di mezzo la vita mi ha travolto, non mi sono iscritto a Filosofia come m’ero ripromesso da studente.

Nel lavoro ho avuto tante soddisfazioni, molti riconoscimenti formali e informali, ho guadagnato bene, senza dovermene vergognare, ma non ho mai avuto l'intrigo, quel solleticamento neuronale, quell'illuminazione, quella seduzione, quell'eros, quegli orgasmi intellettuali, sorta di lampi di presuntuosa onniscienza, di comprensione profonda, che la fisica mi ha dato.

Lavorando e continuando sempre a leggere di fisica, nel tempo ho scoperto che l’avventura culturale della Fisica non finisce con l’Università, prosegue tutta la vita, indipendentemente che si lavori come fisico, o si faccia qualcosa d’altro.

Diventato appassionato di fisica per hobby, ho continuato a leggere di fisica (e filosofia), la mia passione non si è mai sopita, ma ho capito che ormai di fisica posso parlare solo con chi non ci lavori in mezzo.

 

 
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