La fisica è sicuramente un ambito difficile da riassumere in poche formule. Ci è comunque concesso di riconoscere alcune svolte essenziali, eccovene 5 che hanno cambiato il modo di vedere il mondo.

Molte sono le relazioni che hanno cambiato radicalmente i pensieri della comunità scientifica, tuttavia alcune hanno assunto il ruolo di simbolo e baluardo dei grandi successi della fisica di tutti i tempi.

La legge di gravitazione universale

Formulata da Isaac Newton e contenuta nei “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“, la legge di gravitazione universale afferma l’attrazione reciproca fra 2 corpi, la quale risulta essere direttamente proporzionale alle loro masse ed inversamente rispetto al quadrato della loro distanza. Inoltre, la costante ad essa associata, G, risulta essere la stessa per ogni tipo di corpo: dai pianeti, agli atomi.

L’importanza di tale relazione risiede nell’aver sdoganato il concetto che affinché una forza possa agire, serva un contatto diretto. Ciò è infatti falso nella formula di Newton e questo permise di risolvere l’enorme problema sulla spiegazione di come i pianeti rimanessero in orbita intorno al Sole.

Il secondo principio della termodinamica

Espresso sotto diverse formulazioni, esso non risulta avere un unico padre, ma quanto più una attribuzione comune a più studiosi. Due sono le formulazioni principali (ed equivalenti) del principio:

• È impossibile realizzare una trasformazione termodinamica che abbia come unico risultato la completa trasformazione in lavoro del calore assorbito da una sorgente a tempearatura costante (Kelvin-Planck)
• È impossibile realizzare un processo termodinamico che abbia come unico risultato il passaggio di calore da un corpo a temperatura minore ad uno a temperatura maggiore (Clausius)

Come risultato, si ha che nessuna macchina può avere un rendimento pari al 100%, dato il fatto che non tutto il calore sarà convertito come lavoro, e che il calore passerà spontaneamente da un corpo caldo ad uno freddo, decretando una sorta di “freccia del tempo” tramite il concetto di entropia.

Le equazioni di Maxwell

Le equazioni di Maxwell sono un sistema di equazioni le quali, con l’aggiunta dell’interazione di Lorentz, riescono a spiegare tutti i fenomeni elettromagnetici. Pur non essendo state formulate totalmente dal suddetto scienziato, egli ha avuto il merito di averle raggruppate ed estese, per poi pubblicare i risultati nel 1865.

 

Equivalenza massa ed energia

Pur non essendo l’equazione principale, la relazione che lega massa ed energia è divenuta una delle equazioni più famose della fisica. Espressa per la prima volta nel 1905 da Albert Einstein all’interno dell’opera sulla “Relatività ristretta“, essa è divenuta famosa nella sua forma “approssimata”. La relazione vera e propria risulta essere:

dove p è la quantità di moto, una quantità dipendente dalla velocità dell’oggetto, e mo è la massa a riposo (cioè la massa quando l’oggetto è fermo). Si può quindi notare come la famosa relazione è solo un caso specifico (quello stazionario) di una più generica: essendo la velocità nulla, “p” è 0 e si ottiene:

L’aspetto rivoluzionario è proprio la connessione diretta tra la massa, fino a quel momento ritenuta una grandezza indipendente, e l’energia (e quindi anche al principio di conservazione di quest’ultima).

Equazione di Schrödinger

Nella meccanica quantistica, l’equazione di Schrödinger è una relazione che descrive l’evoluzione temporale dello stato di un sistema, come una particella o una molecola. Essa fu formulata da Erwin Schrödinger nel 1927, basandosi sull’idea, proposta da de Broglie, dell’onda di materia, cioè che ai corpi materiali fosse associata un’onda la cui lunghezza d’onda (λ) è inversamente proporzionale alla massa. Questo determina il fatto che solo nelle particelle è apprezzabile questa lambda, poiché dotati di massa infinitesima.

Tale equazione darà avvio alla meccanica ondulatoria e sarà alla base della comprensione di alcune peculiarità che caratterizzano gli orbitali degli elettroni dell’atomo di idrogeno.