La fisica teorica è la branca della fisica che fa uso di modelli matematici e dell'astrazione degli oggetti e dei sistemi fisici per descrivere, spiegare e prevedere i fenomeni naturali. Si distingue dalla fisica sperimentale, che sottopone le ipotesi fisiche a verifica empirica.
L'avanzamento della scienza in genere dipende dalla relazione tra gli esperimenti e la teoria. In alcuni casi, la fisica teorica si attiene al rigore matematico dando minor peso agli esperimenti e alle osservazioni. Per esempio, quando stava sviluppando la relatività ristretta, Albert Einstein si preoccupava del problema delle trasformazioni di Lorentz che lasciano le equazioni di Maxwell invariate, ma non era interessato all'esperimento di Michelson-Morley sull'etere luminifero. Viceversa, Einstein fu insignito del premio Nobel per la fisica per aver spiegato l'effetto fotoelettrico, che era un risultato sperimentale carente di una formulazione teorica.
La matematica svolge un ruolo centrale nella fisica teorica: permette di costruire e generalizzare modelli, utilizzabili per descrivere e interpretare i fenomeni naturali. La fisica teorica impiega tali strumenti per lo sviluppo di teorie, le cui conseguenze possono essere esplorate mediante simulazioni numeriche ed esperimenti computazionali, oltre che confrontate con osservazioni e risultati sperimentali.
Concetti chiave, ampiamente diffusi in tutta la fisica teorica sono quelli di invarianza/covarianza e simmetria.
Storia
Il ricorso al formalismo fisico-matematico sempre più spinto e sofisticato della fisica teorica si è accentuato con la fisica moderna del XX secolo, con lo scopo di interpretare i fenomeni dell'infinitamente piccolo e dell'infinitamente grande, difficilmente riproducibili e osservabili in laboratorio. Se da una parte quindi, con la fisica classica, la fisica teorica corrispondeva essenzialmente all'elaborazione dei fatti sperimentali e all'estrapolazione della teoria secondo il più classico metodo scientifico, con la fisica del XX secolo la situazione può dirsi capovolta, con la fisica teorica a rappresentare spesso il metodo di indagine più praticabile per l'avanzamento delle conoscenze, attraverso il percorso deduttivo. Riflessioni epistemologiche in merito furono elaborate da Karl Popper sotto forma di ridefinizione deduttivista-sperimentale del metodo scientifico.
Teorie Teorie fondamentali Le teorie fondamentali sono le teorie che costituiscono le fondamenta della nostra conoscenza fisica della natura. Sono teorie che hanno ricevuto svariate ed evidenti verifiche e conferme sperimentali e, d'altra parte, non hanno ricevuto alcuna confutazione sperimentale all'interno del dominio di validità che esse pretendono coprire. Sono pertanto delle teorie comunemente accettate dalla comunità universale dei fisici.
È importante sottolineare che una teoria fisica fondamentale può essere confutata da un esperimento, ma al di fuori del suo dominio di validità. Ad esempio, la teoria classica della meccanica galileiana è valida a velocità basse ma è confutata a velocità prossime a quelle della luce.
Fra le teorie fondamentali si possono enumerare:
Meccanica classica Teoria della gravitazione universale Termodinamica Meccanica statistica Elettromagnetismo Meccanica quantistica Relatività ristretta Relatività generale Elettrodinamica quantistica Cromodinamica quantistica Teoria elettrodebole
Inoltre, possiamo aggiungere a queste anche alcune teorie più recenti, che hanno ricevuto alcune verifiche sperimentali e sono ancora in fase di verifica:
Modello standard Teoria del funzionale della densità Teoria del Big Bang
A volte un'evidenza sperimentale che contraddice la teoria originaria può portare alla sua riformulazione.
Teorie proposte Quelle che si definiscono teorie proposte sono teorie relativamente recenti che non hanno ancora ricevuto un'evidente verifica sperimentale o che non sono ancora sufficientemente verificate dagli esperimenti, ovvero che sono in fase di verifica. Si possono citare ad esempio: Supersimmetria Teoria delle stringhe Gravità quantistica Teoria della grande unificazione Teoria del tutto
Se qualcuna di queste teorie verrà verificata da esperimenti, diventerà parte integrante della nostra concezione dell'universo, mentre le teorie alternative a quelle verificate, verranno scartate ed accantonate. Alcune di esse hanno un carattere piuttosto estremo e potrebbero essere definite protoscienza, mentre ad altre si addice maggiormente il termine pseudoscienza. Infine alcune di queste sono piuttosto marginali, nel senso che solo una ridotta parte della comunità dei fisici ritiene che potranno un giorno ricevere una conferma sperimentale.
Teorie confutate Le teorie confutate sono teorie proposte nel passato, ma che sono state confutate alla prova sperimentale dei fatti. Citiamo ad esempio:
Teoria dell'etere luminifero Teoria dello stato stazionario
Note
Voci correlate Fisica computazionale Fisica sperimentale Fisica classica Fisica moderna Covarianza e controvarianza Simmetria (fisica) Dimensione extra
Altri progetti