Uno dei più grandi fisici è stato Albert Einstein, nato a Ulm in Germania nel 1879 e morto a Princeton negli Stati Uniti nel 1955. Nel 1921 ha vinto il premio Nobel per aver scoperto che la luce è costituita da fotoni, particelle prive di massa che viaggiano alla velocità di 300 mila kilometri al secondo.

Einstein è anche l’autore della teoria della relatività, secondo la quale la massa è energia. Ciò significa che ogni pezzo di materia (per esempio un granello di sabbia, un pezzo di legno, un bicchiere d’acqua) è un concentrato di energia. La relazione tra la massa e l’energia è espressa dalla legge  

Tradotta in parole, la formula dice che l’energia contenuta in un corpo di massa m (per esempio di 1 kg) è uguale al prodotto di questa massa per il quadrato della velocità della luce (300 000 km/s × 300 000 km/s).

Da questo esempio possiamo farci una prima idea di che cos’è la fisica e di che cosa si occupa. La fisica:

• studia i fenomeni naturali, come la luce o l’energia contenuta nella materia;
• parla di grandezze, cioè di quantità che possono essere misurate mediante strumenti (la massa si misura con una bilancia, la velocità con un tachimetro);
• cerca di trovare delle leggi, cioè delle relazioni tra queste grandezze (per esempio tra la massa e l’energia) espresse mediante formule matematiche.

• La meccanica studia l’equilibrio e il movimento dei corpi. Le sue leggi descrivono il movimento dei pianeti e la caduta degli oggetti sulla superficie della Terra. Le leggi della meccanica sono usate per mettere in orbita i satelliti, ma anche per progettare un’automobile o una bicicletta.
• La termologia studia i fenomeni legati al calore e alla temperatura. La sua legge più importante stabilisce che l’energia si conserva, cioè non aumenta né diminuisce. Si basano sulle leggi della termologia tutte le macchine che trasformano calore in movimento, per esempio il motore a scoppio di un’automobile o il motore a reazione di un aereo.
• L’acustica studia le proprietà del suono. Le sue leggi servono per progettare gli strumenti musicali e le casse acustiche degli impianti hi-fi.
• L’ottica studia le proprietà della luce, per esempio la riflessione e la scomposizione della luce bianca nello spettro dell’arcobaleno. Le sue leggi consentono di progettare occhiali, macchine fotografiche, telescopi e microscopi.
• L’elettromagnetismo studia i fenomeni elettrici e magnetici. Le sue leggi descrivono il funzionamento dei circuiti e dei motori elettrici. Su di esse si basano le telecomunicazioni e i numerosi dispositivi elettrici che fanno parte della vita quotidiana (per esempio lampadine, elettrodomestici, telefoni cellulari e locomotori).

Oltre a queste aree di ricerca, esplorate da tempo e riportate nella tabella sotto, ve ne sono diverse altre, come la fisica atomica e subatomica, che si occupa di molecole, atomi, elettroni e quark, e la biofisica, che studia i fenomeni al confine tra la biologia e la fisica, per esempio le molecole del DNA. 

Tutto ciò che facciamo e osserviamo nell’esperienza quotidiana ha a che fare con le leggi della fisica (figura 2).

Quando facciamo bollire l’acqua per cuocere la pasta, usiamo in modo intuitivo una legge della termologia secondo la quale l’acqua, a pressione atmosferica e a livello del mare, bolle sempre a 100 °C.

Ci basiamo sulle leggi della meccanica quando rompiamo una noce con lo schiaccianoci e quando lanciamo un pallone, giocando a calcio o a pallavolo. Usiamo senza saperlo le leggi dell’elettromagnetismo tutte le volte che telefoniamo o facciamo il bucato con la lavatrice.