Per amore della fisica

Introduzione

di Warren Goldstein

Alto quasi un metro e novanta, magro, con addosso una sorta di camicia blu da lavoro con le maniche arrotolate su fino ai gomiti, dei pantaloni color cachi con i tasconi laterali e dei sandali con i calzini bianchi, il professore cammina avanti e indietro di fronte ai suoi studenti: attraversa l’aula a grandi falcate, parla a voce alta, gesticola, di tanto in tanto si ferma per mettere in risalto qualcosa tra una lunga serie di lavagne e un tavolo da laboratorio di media altezza. Di fronte a lui s’innalzano quattrocento posti a sedere; sono occupati da studenti che si muovono, cambiano posizione, ma senza mai staccare gli occhi dal loro professore che dà l’impressione di riuscire a mala pena a contenere una qualche potente forma di energia che gli attraversa il corpo. Con la sua fronte spaziosa, la zazzera spettinata di capelli grigi, gli occhiali e la traccia di un non ben identificabile accento europeo, ricorda un po’ il Doc Brown di Ritorno al futuro: lo scienziato-inventore appassionato, stralunato e un po’ folle interpretato da Christopher Lloyd.

Ma questo non è il garage di Doc Brown: è il Massachusetts Institute of Technology, una delle più importanti università della scienza e della tecnologia degli Stati Uniti, forse addirittura del mondo, e l’uomo che sta facendo lezione alla lavagna è il professor Walter H.G. Lewin. Il professor Lewin si ferma e si volta verso la classe. «Ora, quando eseguite una misura, l’aspetto cruciale che tuttavia viene sempre trascurato in ogni libro universitario di fisica», e allarga le braccia, apre le mani e stende le dita, «è l’incertezza della vostra misura». Fa una pausa, un passo avanti, lascia agli studenti il tempo di meditare sulle sue parole, poi si ferma di nuovo: «Qualsiasi misura prendiate senza conoscere quale sia la sua incertezza non ha alcun significato». E allontana le mani, tagliando l’aria e aggiungendo enfasi alle sue parole. Un’altra pausa.

«Ve lo ripeterò ancora e ancora. Voglio che le mie parole vi risuonino nella testa quando, stanotte alle tre, vi sveglierete». Ha entrambi gli indici puntati alle tempie, e li fa ruotare, fingendo di trivellarsi il cervello. «Qualsiasi misura prendiate senza conoscere quale sia la sua incertezza non ha assolutamente alcun significato». Gli studenti lo fissano, completamente rapiti.

La prima lezione di Physics 8.01, il corso di introduzione alla fisica più famoso al mondo, è iniziata da appena undici minuti.

Nel dicembre 2007 il «New York Times» ha dedicato a Walter Lewin un articolo in prima pagina: l’ha definito la webstar del MIT, e ha presentato le sue lezioni di fisica disponibili sul sito OpenCourseWare dello stesso MIT, così come su YouTube, su iTunes U e su Academic Earth. Le lezioni di Lewin sono state tra le prime che il MIT ha reso disponibili su internet, e ne è stato ripagato. La loro fama è salita alle stelle: le novantaquattro lezioni – raggruppate in tre corsi completi, più sette seminari indipendenti – raccolgono circa tremila visite al giorno, circa un milione di contatti all’anno. Tra questi, un buon numero di visite proviene niente di meno che da Bill Gates, il quale, secondo le lettere che ha inviato (con la posta tradizionale!) a Walter, ha seguito tutto il corso 8.01, ossia Meccanica classica, e 8.02, Elettricità e magnetismo, e non vedeva l’ora di iniziare con 8.03, Vibrazioni e onde.

Le parole «Ha cambiato la mia vita» figurano spesso nell’oggetto delle e-mail che Lewin riceve ogni giorno da persone di tutte le età e provenienti da ogni parte del mondo. Steve, un fioraio di San Diego, ha scritto: «Ora cammino a passo sciolto, osservando il mondo attraverso gli occhi della fisica». Mohamed, uno studente tunisino di ingegneria, ha scritto: «Purtroppo qui, nel mio paese, i miei professori non colgono la bellezza della fisica, come invece riesce a fare lei, e io ne soffro parecchio. Loro vogliono solo che impariamo a risolvere i “tipici” esercizi che ci permettono di superare gli esami con successo, e non guardano oltre quel misero orizzonte». Seyed, un iraniano che ha già ottenuto un paio di master negli Stati Uniti, scrive: «Non ho mai apprezzato davvero la vita fin quando non l’ho vista insegnare fisica. Professor Lewin, lei mi ha indubbiamente cambiato la vita. Il modo in cui insegna vale dieci volte più che le rette universitarie, e rende ALCUNI, non tutti gli altri insegnanti, un branco di criminali. Insegnare male è un REATO CHE ANDREBBE PUNITO CON LA PENA CAPITALE». O Siddharth, dall’India: «Ho potuto sentire la fisica dietro quelle equazioni. I suoi studenti la ricorderanno per sempre come la ricordo io: un insegnante molto, molto capace che mi ha reso la vita e l’apprendimento più interessanti di quanto pensavo fosse possibile».

Mohamed cita con entusiasmo e approvazione le parole pronunciate dallo stesso Lewin durante l’ultima lezione del corso Physics 8.01: «Forse quel che ricorderete per sempre delle mie lezioni è che la fisica può essere estremamente bella ed entusiasmante, ed è ovunque intorno a noi, in ogni momento; basta imparare a vederla e ad apprezzarne la bellezza». Marjory, un’altra fan, ha scritto: «La guardo più spesso che posso; talvolta anche cinque volte a settimana. Sono affascinata dalla sua personalità, dal suo senso dell’umorismo e, soprattutto, dalla sua capacità di semplificare le cose. A scuola odiavo la fisica, lei me l’ha fatta amare».

Ogni settimana Lewin riceve dozzine di e-mail di questo genere e risponde a tutte.

Quando spiega le meraviglie della fisica, Walter Lewin crea una magia. Qual è il suo segreto? «Io faccio scoprire alle persone il loro mondo», dice, «il mondo in cui vivono e che conoscono, ma che non affrontano dal punto di vista di un fisico; non ancora, per lo meno. Quando parlo delle onde sulla superficie dell’acqua, chiedo loro di compiere alcuni esperimenti nella vasca da bagno, perché è qualcosa con cui i ragazzi si possono mettere direttamente in relazione. Così come si possono mettere in relazione con gli arcobaleni. Questa è una delle cose che amo della fisica: ti permette di spiegare qualunque cosa. E può essere un’esperienza meravigliosa, per loro e per me. Gli faccio amare la fisica! A volte, quando i miei studenti diventano particolarmente coinvolti, le lezioni sembrano quasi degli happening».

Potreste vederlo mentre se ne sta arrampicato in cima a una scala di cinque metri e beve del succo di mirtillo da un becher sul pavimento, con una lunghissima cannuccia spiraleggiante costruita tagliando un tubo da laboratorio. O mentre cerca di ferirsi in modo più o meno serio infilando la testa sul percorso di una sfera da demolizione, piccola ma comunque piuttosto potente, che oscilla fino a pochi millimetri dal suo mento. O mentre, con un fucile, spara a due latte piene d’acqua, o mentre si carica a 300000 volt con un arnese chiamato generatore di Van de Graaff – un affare che sembra essere uscito direttamente dal laboratorio di qualche scienziato pazzo dei film di fantascienza – cosicché i suoi capelli, già arruffati di loro, gli si raddrizzano sulla testa. Usa il suo corpo come parte di un apparato sperimentale. Come dice spesso: «Dopo tutto, la scienza richiede dei sacrifici». In una dimostrazione – raffigurata nella foto di copertina di questo libro – è seduto su una sfera di metallo estremamente scomoda (quella che lui chiama «la madre di tutti i pendoli») e sospesa per mezzo di una corda al soffitto dell’aula, e oscilla avanti e indietro mentre i suoi studenti contano il numero di oscillazioni, il tutto per dimostrare che il numero di oscillazioni che un pendolo compie in un determinato intervallo di tempo non dipende dal peso posto alla sua estremità.

Suo figlio Emanuel (Chuck) Lewin ha partecipato ad alcune di queste lezioni e racconta: «Una volta l’ho visto inalare dell’elio e cambiare voce. Per ottenere l’effetto giusto – più facile a dirsi che a farsi – di solito quasi sviene». Esperto artista della lavagna, Lewin traccia figure geometriche, vettori e grafici, disegna con trasporto animali e fenomeni astronomici. La sua tecnica di disegno ha talmente estasiato un gruppo di studenti, che questi hanno prodotto e caricato su YouTube un video divertente intitolato Some of Walter Lewin’s Best Lines1, che consiste semplicemente in una serie di estratti dalle sue lezioni di Physics 8.01 in cui Lewin disegna le sue famose linee tratteggiate su lavagne differenti (potete guardarlo nel sito www.youtube.com/watch?v=raurl4s0pjU).

Presenza imponente e carismatica, Lewin è un vero eccentrico: anticonformista e ossessionato dalla fisica. Nel suo portafoglio, porta sempre con sé due strumenti chiamati polarizzatori, in modo da poter controllare in qualsiasi momento se una qualunque sorgente luminosa, come il cielo blu, un arcobaleno o i riflessi su una finestra, sia polarizzata oppure no, e può mostrarlo a chiunque sia con lui in quel momento.

E quelle camicie da lavoro blu che indossa a lezione? In realtà non sono affatto camicie da lavoro. Lewin le ordina da un sarto di Hong Kong e se le fa cucire su misura, secondo le sue specifiche, a partire da cotone di alta qualità, una dozzina ogni due o tre anni. Il modello da lui disegnato comprende un’enorme tasca sulla sinistra, per contenere il suo calendario, e nessun pocket protector2. L’insegnante-fisico-attore presta un’attenzione meticolosa alla moda, per cui una persona potrebbe chiedersi come mai sembra che Lewin indossi la spilla più strana mai vista su un professore universitario: un uovo fritto di plastica. «Meglio avere un uovo sulla mia camicia che sulla mia faccia», commenta lui.

E cosa ci fa sulla sua mano sinistra un anello di Lucite rosa formato extralarge? E cos’è quella cosa argentata appuntata sulla sua camicia, più o meno ad altezza ombelico, alla quale continua a lanciare occhiate furtive?

Ogni mattina, quando si veste, Lewin può scegliere fra trentacinque spille e quaranta anelli differenti, così come fra dozzine di braccialetti e collane. I suoi gusti vanno dall’eclettico (braccialetti di perline keniani, una collana con grossi pezzi d’ambra, spille che rappresentano frutti di plastica), all’antico (un pesante bracciale da polso turkmeno in argento), a gioielli di design e pezzi creati da artisti della gioielleria, fino ad articoli simpaticamente oltraggiosi (una collana di liquirizie di feltro). A tal proposito egli racconta: «Gli studenti hanno cominciato a notarlo, così ho iniziato a indossare qualcosa di diverso a ogni lezione. E specialmente quando faccio seminari per i bambini: lo adorano».

E quell’affare pinzato alla sua camicia, che sembra un fermacravatta fuori misura? È un orologio dal design particolare (regalo di un amico artista) con il quadrante capovolto, cosicché Lewin possa abbassare lo sguardo sulla sua camicia e tener traccia dello scorrere del tempo.

Talvolta Lewin può apparire distratto, il tipico professore con la testa tra le nuvole. In realtà, di solito è profondamente impegnato a meditare su qualche fenomeno fisico. Come Susan Kaufman, sua moglie, ha ricordato di recente: «Quando andiamo a New York guido sempre io. Poco tempo fa ho tirato fuori questa mappa, non mi ricordo bene del perché l’abbia presa, ma sta di fatto che, quando l’ho avuta in mano, ho notato che i margini erano pieni di equazioni. Aveva scarabocchiato in quel modo la cartina l’ultima volta, perché mentre eravamo in viaggio si stava annoiando. Aveva sempre la fisica in mente. I suoi studenti e le sue lezioni erano con lui ventiquattro ore su ventiquattro».

Secondo Nancy Stieber, storica dell’architettura e sua amica di vecchia data, l’aspetto della personalità di Lewin che colpisce di più è probabilmente «l’intensità del suo interesse, tagliente come un laser. Sembra sempre impegnarsi al massimo in qualsiasi cosa abbia scelto di farsi coinvolgere, eliminando così il novanta per cento del mondo. Si concentra in maniera così intensa da trascurare tutto ciò che per lui è inessenziale, impegnandosi in modo talmente assoluto da produrre una joie de vivre notevole».

Lewin è un perfezionista; ha un’ossessione per i dettagli quasi maniacale. Non solo è il più importante insegnante di fisica al mondo; è stato anche un pioniere nel campo dell’astronomia a raggi X e ha trascorso due decenni a produrre, testare e osservare fenomeni subatomici e astronomici mediante apparecchiature ultrasofisticate disegnate appositamente per misurare i raggi X a un livello di precisione impressionante. Lanciando palloni aerostatici enormi ed estremamente delicati che hanno sfiorato gli strati più alti dell’atmosfera terrestre, ha dato il via alla scoperta di una collezione esotica di fenomeni astronomici come le sorgenti che emettono lampi di raggi X. Le scoperte che Lewin e alcuni suoi colleghi hanno compiuto in questo campo hanno aiutato a demistificare la natura delle enormi esplosioni di supernova che segnano la morte delle stelle e a confermare l’esistenza dei buchi neri.

Lewin ha imparato a testare, testare e poi testare ancora – il che spiega non solo i suoi successi nel campo dell’astrofisica osservativa, ma anche la chiarezza eccezionale con cui spiega la maestosità delle leggi di Newton, oppure perché una corda di violino produce delle note che risuonano in modo così meraviglioso, o ancora perché, ogni volta che viaggiate in ascensore, acquistate o perdete peso, seppur per poco.

Prova le sue lezioni almeno tre volte in un’aula vuota, con l’ultima prova alle cinque della mattina del giorno stesso della lezione. L’astrofisico David Pooley, un ex-studente che ha lavorato in classe con Lewin, racconta che «il successo delle sue lezioni dipende dal tempo che egli dedica ad esse».

Quando, nel 2002, il Dipartimento di Fisica del MIT ha designato Lewin come candidato per un prestigioso riconoscimento per l’insegnamento, molti suoi colleghi si sono concentrati proprio su queste sue qualità. Una delle descrizioni più evocative su che cosa significhi imparare la fisica con Walter Lewin arriva da Steven Leeb, ora professore di ingegneria elettronica e informatica al Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems del MIT, che ha seguito il corso Elettricità e magnetismo nel lontano 1984. Leeb ricorda che Lewin «esplodeva sul palco, afferrava i nostri cervelli e li portava in giro sulle montagne russe dell’elettromagnetismo, in una girandola di emozioni che ancora oggi mi fa venire i brividi. È un genio dell’aula con un’abilità senza pari nel trovare il modo di semplificare i concetti».

Robert Hulsizer, uno dei colleghi di Lewin al Dipartimento di Fisica, ha provato a scegliere alcuni estratti dai video delle dimostrazioni che Lewin esegue in classe con l’intenzione di crearne una sintesi per le altre università. Ebbene, ha trovato questo compito impossibile. «Le dimostrazioni erano così ben intrecciate con lo sviluppo dei suoi ragionamenti e delle sue idee, inclusi il climax della lezione e la sua conclusione, che era impossibile stabilire quando una singola dimostrazione iniziava e quando finiva. Penso che la ricchezza delle presentazioni di Walter non possa venir frammentata».

L’aspetto più emozionante dell’approccio di Walter Lewin nel presentare le meraviglie della fisica è la grande gioia che egli trasmette per le meraviglie del nostro mondo. Suo figlio Chuck ricorda con affetto la dedizione di suo padre nel trasmettere questo senso di gioia a lui e ai suoi fratelli: «Ha quest’abilità nel farti vedere le cose e nel farti rimanere estasiato dalla loro bellezza, risvegliando in te la gioia, la meraviglia e l’emozione. Sto parlando di quella nicchia piccola e incredibile che lui aveva creato e di cui era il centro, che ci faceva sentire così felici di essere vivi, in sua presenza, di fronte all’evento che aveva creato. Una volta eravamo in vacanza nel Maine. Ricordo che il tempo non era un granché, e noi bambini eravamo lì cercando di far passare il tempo, come fanno spesso i bambini, annoiati. Mio padre trovò una pallina da qualche parte e s’inventò dal nulla uno strano giochino; in un minuto iniziarono ad arrivare altri ragazzini che abitavano accanto a noi e, all’improvviso, c’erano quattro, cinque, sei di noi che lanciavano, ricevevano e ridevano. Ricordo che ero totalmente emozionato e felice. Se mi volto indietro e penso a cosa mi abbia stimolato nel corso della vita, mi viene in mente senza dubbio vivere questi momenti di gioia pura, vedere quanto bella possa essere la vita, cosa essa possa racchiudere: tutto questo lo devo a mio padre».

D’inverno Walter era solito organizzare un gioco per i suoi figli: verificare le qualità aerodinamiche degli aeroplanini di carta... lanciandoli nel grande caminetto aperto che la famiglia aveva in salotto. Chuck ricorda: «Mia madre ne era inorridita perché li tiravamo fuori dal fuoco; eravamo fermamente decisi a vincere la gara successiva».

Quando c’erano degli invitati per cena Walter presiedeva il gioco Andare sulla Luna. Come ricorda Chuck: «Abbassavamo le luci, battevamo i pugni sul tavolo producendo un suono simile a un rullio di tamburi, che doveva simulare il rumore del lancio di un razzo. Alcuni dei bambini addirittura andavano sotto il tavolo e lì iniziavano a battere i pugni. Poi, raggiunto lo spazio, smettevamo di fare rumore e, una volta atterrati sulla Luna, iniziavamo tutti a camminare per il salotto facendo finta che la gravità fosse molto debole, facendo passi enormi ed esagerati. Temo che, nel frattempo, gli ospiti pensassero qualcosa come: “Questi qui sono tutti pazzi!”. Ma per noi bambini era fantastico! Andare sulla Luna!».

Walter Lewin ha portato i suoi studenti sulla Luna fin dal momento in cui, più di mezzo secolo fa, ha messo piede in quell’aula per la prima volta. Perpetuamente rapito dai misteri e dalla bellezza del mondo naturale – dagli arcobaleni alle stelle di neutroni, dal femore di un topo al suono della musica – e dagli sforzi degli scienziati e degli artisti per spiegare, interpretare e rappresentare questo mondo, Walter Lewin è una delle guide scientifiche più appassionate, devote e abili oggi al mondo. Nei capitoli che seguono vi farà vivere questa passione, questa devozione e quest’abilità svelando il suo amore di tutta una vita per la fisica e condividendolo con voi. Buon viaggio!