La natura è governata da molte leggi fisiche, alcune delle quali sono state scoperte e teorizzate dai più grandi fisici e matematici e implementate nella società grazie al lavoro degli ingegneri. Ogni legge fisica ha bisogno di persone competenti che siano in grado di comprenderne appieno il significato: Matematici e fisici possono fornire diversi punti di vista sulla questione, ma gli ingegneri sono responsabili degli aspetti pratici. Alcuni sostengono che non vi sia alcuna differenza tra uno scienziato e un ingegnere, mentre altri pensano che queste professioni siano totalmente separate l’una dall’altra. Gli ingegneri, i fisici e i matematici hanno forti opinioni su ciò che fanno quando scoprono, inventano e cercano di migliorare la nostra società. Gli scienziati creano teorie, gli ingegneri le mettono in pratica. Forse non ne sono consapevoli, ma si completano a vicenda: Hanno prospettive diverse ma arrivano alla stessa soluzione tecnica o scientifica. L’obiettivo di uno scienziato è capire cosa succede nel mondo naturale e descriverlo con metodi matematici, mentre gli ingegneri utilizzano le teorie fondate dagli scienziati per creare soluzioni. Esiste una notevole sovrapposizione tra scienza e ingegneria, per cui si trovano scienziati che progettano e costruiscono apparecchiature e ingegneri che fanno importanti scoperte scientifiche. La teoria dell’informazione è stata fondata da Claude Shannon, un ingegnere teorico. Peter Debye ha vinto il Premio Nobel per la Chimica con una laurea in ingegneria elettrica e un dottorato in fisica.
L’importanza del lavoro
La scienza è principalmente teoria; la parte sperimentale comporta l’organizzazione del lavoro di scienziati e ingegneri per mettere a punto i sistemi destinati a scoprire il fenomeno fisico. Gli scienziati sono, in un certo senso, “romantici”: Fanno ricerca perché questo è il loro obiettivo principale, senza preoccuparsi degli sviluppi pratici. Gli ingegneri, invece, si preoccupano dei dettagli pratici, dell’utilità sociale e dei profitti dei sistemi progettati o da progettare. In generale, la fisica è una disciplina che studia gli atomi e i loro movimenti nell’ambiente terrestre. Si occupa dello studio dell’energia e delle varie forze presenti nell’universo. L’elettronica, ad esempio, è una branca della fisica che studia il moto degli elettroni, ovvero analizza la loro propagazione attraverso le leggi della fisica per definire un compito molto specifico (Figura 2). I progettisti o ingegneri elettronici si avvalgono di tutte le scoperte nel campo della fisica della materia per assemblare transistor, diodi e MOSFET secondo le leggi dei circuiti per creare smartphone e computer. (Figura 1). Gli smartphone rappresentano una perfetta corrispondenza tra la fisica delle onde elettromagnetiche scoperta da Maxwell e l’ingegneria elettronica/computer di un sistema utile alla società. Un fisico comprende tutto ciò che riguarda macchine e oggetti, mentre un matematico descrive il modello con equazioni appropriate, ma un ingegnere esamina l’efficienza operativa delle macchine e la loro interazione con vari elementi.
Possiamo essenzialmente riassumere le differenze tra fisica e matematica in due campi principali: l’ambito di applicazione degli argomenti e l’approccio adottato. Come già detto, i campi di applicazione della fisica sono la realtà, l’universo e i fenomeni naturali. I fisici spiegano questi fenomeni creando teorie che portano a previsioni testate da esperimenti attraverso il metodo scientifico. In quest’ultimo caso, è molto probabile trovare ingegneri che svolgono il lavoro del fisico (sperimentale) o viceversa. La matematica comprende tutto ciò che può essere immaginato e sviluppa teoremi e modelli basati su catene di ragionamento logico per vari campi di applicazione come la biologia, la medicina e così via. La crittografia, e i modelli in generale, descrivono tutta una serie di fenomeni che derivano da uno studio approfondito delle regole matematiche. Per alcuni esperti, esse possono svolgere un ruolo oscuro ma certamente fondamentale nella descrizione del fenomeno (Figura 3). È raro trovare un ingegnere che conosca la meccanica quantistica o la relatività generale o un matematico che abbia utilizzato la formula di Friis per la trasmissione di segnali tra antenne, così come un fisico (teorico) che si sia imbattuto nei controllori PID.
Considerazioni
Fisici, matematici e ingegneri svolgono un lavoro importante ma poco apprezzato. Così come i fisici e i matematici hanno scoperto e formulato una teoria sull’esistenza delle onde gravitazionali, gli ingegneri e i fisici hanno sviluppato sistemi per misurarne e rilevarne l’intensità. In poche parole, gli scienziati tendono a sviluppare teorie in termini universali. Gli ingegneri, invece, scoprono cose che sono pratiche nella vita quotidiana. Gli scienziati ricercano e scoprono le proprietà di un materiale, mentre gli ingegneri cercano di capire come utilizzare queste proprietà in modo ottimale, tenendo conto dell’efficienza, dei costi e di altri aspetti di interesse. Esiste una sovrapposizione tra scienza e ingegneria: Ci sono fisici (sperimentali) che fanno il lavoro di un ingegnere e, allo stesso tempo, fisici che lavorano sulla messa a punto di sistemi/macchine, così come matematici alle prese con alcuni software di analisi dei dati. Ingegneri e scienziati, in definitiva, lavorano per un unico scopo, in modo diverso e con tecniche diverse, rappresentando, nella stessa misura, un elemento essenziale per la scoperta di nuove teorie.
