Questo può essere considerato il primo testo italiano sull’inquadramento delle nuove scoperte della fisica in ambito sperimentale e teorico.
Il testo, dimostrando l’attenzione di Fermi verso le nuove scoperte della fisica, presenta le importanti teorie introdotte nell’ultimo quarto del XIX secolo riguardanti i fenomeni elettrici e magnetici e il loro legame con la luce, la descrizione atomistica delle leggi della termodinamica con l’utilizzo di metodi statistici. A queste si aggiunge la crescente comprensione dell’esistenza degli atomi derivante dalle nuove scoperte sperimentali delle particelle dotate di cariche elettriche negative e positive e i susseguenti tentativi di descrizione della struttura degli atomi, con le proposte di Ruthertford. Spazio viene dato anche alla presentazione dei fenomeni radioattivi e al loro inquadramento nelle teorie emergenti e alla interazione tra la luce e la materia dopo la descrizione effettuata da Einstein dell’effetto fotoelettrico e di Compton della diffusione della luce.
Dopo questa prima parte viene introdotta la teoria di Bohr dell’atomo di idrogeno e le successive integrazioni di Sommerfeld per atomi più complessi.
Queste teorie, seppur parziali, segnano l’inizio della cosiddetta meccanica quantistica. Fermi ricorda anche come il concetto di quanto fosse già stato introdotto da Planck nel 1900 nella descrizione dell’energia emessa da un corpo nero e specificato da Einstein nella descrizione dell’effetto fotoelettrico per la quale ottenne il premio Nobel.
Una buona parte del libro tratta le applicazioni della teoria di Bohr-Sommerfeld alla descrizione degli spettri di righe e bande emessi dagli atomi (a quei tempi i fisici erano largamente impegnati nelle esperienze per lo studio e l’analisi di tali spettri).
Un capitolo è dedicato all’inserimento della teoria cinetica dei gas di Boltzmann nell’ambito della teoria dei quanti mantenendo pur sempre le sue basi statistiche.
L’ultimo capitolo è dedicato a una presentazione e ad alcune applicazioni della nuova teoria di Schrödinger del 1925 (quest’anno è indicato come anno mondiale della scienza e tecnologia quantistica), la cosiddetta meccanica ondulatoria, che segnerà l’inizio della nuova meccanica quantistica non più legata a descrizioni semiclassiche (come la teoria di Bohr-Sommerfeld). Fermi, pur riconoscendo la migliore struttura teorica alla proposta di Heisenberg, preferirà sempre gli strumenti matematici di Schrödinger, in grado di offrire gli stessi risultati della teoria matriciale di Heisenberg.
Sinossi a cura di Gianluigi Trivia
Dall’incipit del libro:
— Secondo la teoria cinetica dei gas la materia non ha una struttura continua ma è invece costituita da tanti granuli (molecole e atomi) in numero enorme e ciascuno di dimensioni piccolissime. È appunto per la loro estrema piccolezza che questi sfuggono all’osservazione grossolana.
Tra le molecole agiscono sostanzialmente due tipi di forze. Anzitutto la forza di gravitazione universale dove f = 6,67.10-8 cm.3 gr.-1 sec.-2 è il coefficiente della legge di Newton, m1, ed m2 sono le masse delle molecole ed r la loro distanza.
Oltre a questa forza se ne esercita tra le molecole un’altra, che chiameremo forza di coesione; essa decresce con la distanza in modo assai più rapido della forza di gravitazione, ed è, per molecole abbastanza vicine, assai più grande di questa. Praticamente la forza di coesione esercita la sua azione soltanto tra molecole la cui distanza non superi un certo limite che prende il nome di raggio d’azione e che nei casi ordinari è dell’ordine di grandezza di 10-5 cm. Se con centro in una molecola descriviamo una sfera di raggio eguale al raggio d’azione (sfera d’azione) avremo dunque che le forze coesive della molecola sono sensibili soltanto sopra quelle molecole che sono intorno a tale sfera.
