Utente:Grasso Luigi/sandbox2/David O Hestenes

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David Hestenes, professore di fisica teorica, 2019 alla conferenza ASU SciAPP
medaglia Oersted (2002)

Hestenes David[1] (Chicago, 21 maggio 1933) è un fisico, professore all'ASU, statunitense, conosciuto per l'algebra geometrica.

David Orlin Hestenes, Ph.D. è un fisico teorico ed educatore scientifico. È meglio conosciuto come capo architetto dell'algebra geometrica come linguaggio unico per matematica e fisica,[2] e come fondatore del Modelling Instruction, un programma di ricerca per riformare l'insegnamento K–12 della scienza, della tecnologia, dell'ingegneria e della matematica, abbreviato in STEM. [3]

Per oltre 30 anni, ha svolto attività al Department of Physics and Astronomy dell'ASU, dove si è ritirato con il grado di professore di ricerca ed adesso come professore emerito.

Vita e carriera[modifica | modifica wikitesto]

Formazione educativa e grado di dottorato[modifica | modifica wikitesto]

David Orlin Hestenes (figlio maggiore del matematico Magnus Hestenes) è nato nel 1933 a Chicago (Illinois,USA). Frequenta il college per il corso di maggiore pre-medico a UCLA dal 1950 al 1952, si laurea nel 1954 alla PLU con titolo in filosofia e oratoria. Dopo viene arruolato dal 1954 al 1956 nella U.S. Army, frequenta UCLA come studente laureato non classificato, completa il corso di fisica nel 1958 e vince il titolo di University Fellowship. Il suo consigliere a UCLA è stato il fisico Robert Finkelstein, [4] che in quel periodo stava lavorando a teorie sul campo unificate.[5] Un incontro fortuito con gli appunti del matematico Marcel Riesz ha ispirato Hestenes a studiare un'interpretazione geometrica delle matrici di Dirac. Ottiene la laurea ad UCLA con una tesi dal titolo Geometric Calculus and Elementary Particles.[5][6] Poco dopo ha riconosciuto che l'algebra di Dirac e le matrici di Pauli potevano essere unificati in una forma priva di matrici tramite un'operazione detta in seguito proiezione spaziotempo.[7] Ha ripreso la sua tesi ed ha pubbicato nel 1966 il libro, Space–Time Algebra,[8] adesso detta STA. Questo è stato il primo grande passo nello sviluppo di unificazione dell'algebra geometrica e del calcolo infinitesimale senza il vincolo delle coordinate per tutta la fisica.

Ricerca postdottorato e carriera[modifica | modifica wikitesto]

Dal 1964 al 1966, Hestenes è stato un membro postdottorato alla NSF a Princeton con John Archibald Wheeler. Nel 1966 ha lavorato presso il dipartimento di fisica all'ASU, diventando professore ordinario nel 1976 e andando in pensione nel 2000 come professore emerito di fisica.

Nel 1980 e 1981 come Membro di facoltà della NASA e nel 1983 come Consulente della NASA ha lavorato presso il Jet Propulsion Laboratory sulla meccanica orbitale e sul controllo di assetto, applicando l'algebra geometrica nello sviluppo di nuove tecniche matematiche publicate nel libro/monografia New Foundations for Classical Mechanics.[9]

Nel 1983 si unisce con l'imprenditore Robert Hecht-Nielsen e lo psicologo Peter Richard Killeen nel condurre la prima conferenza in assoluto dedicata esclusivamente a modelli per la rete neurale del cervello. Hestenes riprese la ricerca nel 1987 come primo Visiting Scholar nel Dipartimento di Sistemi cognitivi e neuronali (Università di Boston) dove dedicò un periodo di ricerca sulle neuroscienze. [10]

Hestenes è stato ricercatore principale per l'NSF che ha sovvenzionato una ricerca sull'insegnamento della fisica attraverso dei modelli e per misurare il grado di comprensione degli studenti di questi modelli sia a livello di scuola superiore che di università.

Attività[modifica | modifica wikitesto]

Hestenes ha lavorato in matematica e fisica teorica, algebra geometrica, reti neuronali, e ricerca cognitiva nell'insegnamento scientifico. È il promotore principale della rinascita contemporanea per l'interesse per l'algebra geometrica e altri rami dell'algebra di Clifford come modi di formalizzare la fisica teorica.[11][12]

Algebra geometrica e calcolo[modifica | modifica wikitesto]

L'algebra dello spaziotempo ha fornito il punto di partenza per due principali linee di ricerca: in particolare sulle sue implicazioni per la meccanica quantistica e in generale per la fisica matematica.

Meccanica quantistica

La prima linea di ricerca inizia con il fatto che la riformulazione dell 'equazione di Dirac in termini di algebra spaziotempo rivela la sua struttura geometrica nascosta.[13] Tra le altre cose, tali ricerche rivelano che il fattore complesso nell'equazione pocanzi menzionata è una quantità geometrica (bivettore) identificabile con lo spin elettronico, dove indica la direzione di spin e ne indica l'ampiezza. Le implicazioni di questa intuizione è stata studiata in una lunga serie di articoli[14][15][16][17][18] [19] con la conclusione più significativa di collegarlo al zitterbewegung di Schrödinger e proponendo un'interpretazione zitterbewegung della meccanica quantistica.[20] La ricerca in questa direzione è ancora attiva.

Geometria differenziale

La seconda linea di ricerca era dedicata all'estensione dell'algebra geometrica a un calcolo geometrico autonomo per l'uso in ambito della fisica teorica. Il suo lavoro viene sintetizzato nel libro Clifford Algebra to Geometric Calculus[21] che segue un approccio alla geometria differenziale che utilizza il tensore di forma (seconda forma fondamentale). I nuovi concetti esposti nel libro sono le varietà vettoriali, exmorfismo differenziale, derivata vettoriale per il calcolo col metodo libero sulle varietà, e l'estensione a dimensioni maggiori del teorema integrale di Cauchy. [21][22]

Hestenes sottolinea il ruolo importante del matematico H. Grassmann[23][24] per lo sviluppo dell'algeba geometrica, e la costruzione di W. K. Clifford sui lavori di Grassmann. Hestenes è irremovibile nel chiamare questo approccio matematico "algebra geometrica" ​​e la sua estensione "calcolo geometrico", piuttosto che dare il nome di “Algebra di Clifford”. Sottolinea l'universalità di questa teoria, le cui fondamenta furono poste sia da Grassmann che da Clifford. Sottolinea che i contributi sono stati fatti da molte persone e lo stesso Clifford ha usato il termine “Algebra geometrica” che riflette il fatto che questa teoria può essere intesa come una formulazione matematica della geometria, mentre, così dice Hestenes, il termine "algebra di Clifford" è spesso considerato semplicemente "solo un'altra algebra tra le molte altre algebre conosciute",[25] e dove non indica il suo ruolo come linguaggio unificato per la matematica e la fisica.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Il lavoro di Hestenes applicato alla teoria del campo Lagrangiano,[26] cioè di una teoria di gauge della gravità alternativa alla relatività generale (Lasenby, Doran e Gull), viene denominato teoria di gauge della gravità (GTG),[27][28] e tale teoria è stata applicata alle rappresentazioni dello spin con i gruppi di Lie.[29] Di recente, Hestenes ha formulato l'algebra geometrica conforme, un nuovo approccio alla geometria computazionale.[30]

Ciò ha permesso un rapido aumento di applicazioni nell'ingegneria e nell'informatica.[31] [32][33][34][35][36]

Teoria e istruzione della modellistica[modifica | modifica wikitesto]

Since 1980, Hestenes has been developing a Modeling Theory of science and cognition, especially to guide the design of science instruction.[37][38][39][40][41][42][43] The theory distinguishes sharply between conceptual models that constitute the content core of science and the mental models that are essential to understand them. Modeling Instruction is designed to engage students in all aspects of modeling, broadly conceived as constructing, testing, analyzing and applying scientific models.[44] To assess the effectiveness of Modeling Instruction, Hestenes and his students developed the Force Concept Inventory,[45][46] a concept inventory tool for evaluating student understanding of introductory physics.[47]

After a decade of education research to develop and validate the approach, Hestenes was awarded grants from the National Science Foundation for another decade to spread the Modeling Instruction Program nationwide. As of 2011, more than 4000 teachers had participated in summer workshops on modeling, including nearly 10% of the United States' high school physics teachers. It is estimated that Modeling teachers reach more than 100,000 students each year.

One outcome of the program is that the teachers created their own non-profit organization, the American Modeling Teachers Association (AMTA),[48] to continue and expand the mission after government funding terminated. The AMTA has expanded to a nationwide community of teachers dedicated to addressing the nation's Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) education crisis. Another outcome of the Modeling Program was creation of a graduate program at Arizona State University for sustained professional development of STEM teachers.[49]

This provides a validated model for similar programs at universities across the country.[50]

Riconoscimenti e borse di studio[modifica | modifica wikitesto]

Pubblicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Libri
  • D. Hestenes: Space-Time Algebra, Routledge, 1966, ISBN 978-0677013909
  • D. Hestenes: New Foundations for Classical Mechanics, Foundamental Theories of Physics, 2nd ed., Springer Verlag, 1999, ISBN 978-0792355144
  • D. Hestenes, A. Weingartshofer (eds.): The Electron: New Theory and Experiment, Fundamental Theories of Physics, Springer, 1991, ISBN 978-0792313564
  • D. Hestenes, Garret Sobczyk: Clifford Algebra to Geometric Calculus: A Unified Language for Mathematics and Physics, Fundamental Theories of Physics, Springer, 1987, ISBN 978-9027725615

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Nell'onomastica di questa lingua il cognome precede il nome. "Hestenes" è il cognome.
  2. ^ D. Hestenes: A Unified Language for Mathematics and Physics. In: J.S.R. Chisholm/A.K. Common (eds.): Clifford Algebras and their Applications in Mathematical Physics (Reidel: Dordrecht/Boston, 1986), p. 1–23.
  3. ^ (EN) Larry Dukerich; David Hestenes; Jane Jackson, Home page on Modeling Instruction, su modeling.asu.edu, Università statale dell'Arizona. URL consultato il 30-06-2020.
  4. ^ (EN) Robert Finkelstein Archiviato il 4 febbraio 2012 in Internet Archive.
  5. ^ a b (EN) D. Hestenes:Clifford algebra and the interpretation of quantum mechanics Archiviato il 6 aprile 2012 in Internet Archive.. In: J.S.R. Chisholm, A.K. Commons (eds.): Clifford Algebras and their Interpretations in Mathematical Physics, Reidel, 1986, pp. 321–346
  6. ^ (EN) D. O. Hestenes, Geometric Calculus and Elementary Particles, su osti.gov, UCLA. URL consultato il 01-07-2020.
  7. ^ (EN) D. Hestenes, Spacetime Physics with Geometric Algebra, in Am. J. Phys., vol. 71, 2003, pp. 691–714.
  8. ^ (EN) D. Hestenes, Space-Time Algebra, New York, Gordon & Breach, 1966.
  9. ^ (EN) D. Hestenes, New Foundations for Classical Mechanics, 2ª ed., Dordrecht/Boston, Kluwer, 1999.
  10. ^ (EN) D. Hestenes, How the Brain Works: the next great scientific revolution, in C.R. Smith; G.J. Erickson (a cura di), Maximum Entropy and Bayesian Spectral Analysis and Estimation Problems, Dordrecht/Boston, Reidel, 1987, pp. 173–205.
    (EN) D. Hestenes, Invariant Body Kinematics: I. Saccadic and compensatory eye movements (PDF), in Neural Networks, n. 7, 1994, pp. 65-77.
    (EN) D. Hestenes, Invariant Body Kinematics: II. Reaching and neurogeometry (PDF), in Neural Networks, n. 7, 1994, pp. 79-88.
    (EN) D. Hestenes, Modulatory Mechanisms in Mental Disorders. In Neural Networks in Psychopathology, Cambridge, Cambridge University Press, 1998.
  11. ^ (EN) Crumeyrolle, A. ; Ablamowicz, R.; Lounesto, P., Clifford Algebras and Spinor Structures: A Special Volume Dedicated to the Memory of Albert Crumeyrolle (1919--1992), Mathematics and Its Applications, Amsterdam, Kluwer Academic, 1995, pp. 3–12, ISBN 978-9048145256.
  12. ^ (EN) Chris J. L. Doran; Anthony Lasenby, Geometric Algebra for Physicists, Cambridge, CUP, 2003, p. 123, ISBN 978-0521480222.
  13. ^ (EN) D. Hestenes, Real Spinor Fields, in J. Math. Phys., vol. 8, n. 4, 1967, pp. 798–808, DOI:10.1063/1.1705279.
  14. ^ (EN) D. Hestenes; R. Gurtler, Local Observables in Quantum Theory, in Am. J. Phys., vol. 39, n. 9, 1971, p. 1028, DOI:10.1119/1.1986364.
  15. ^ (EN) D. Hestenes, Local Observables in the Dirac Theory, in J. Math. Phys., vol. 14, n. 7, 1973, pp. 893–905, DOI:10.1063/1.1666413.
  16. ^ (EN) D. Hestenes, Observables, Operators and Complex Numbers in the Dirac Theory, in J. Math. Phys., vol. 16, n. 3, 1975, pp. 556–572, DOI:10.1063/1.522554.
  17. ^ (EN) D. Hestenes (con R. Gurtler), Consistency in the Formulation of the Dirac, Pauli and Schroedinger Theories, in J. Math. Phys., vol. 16, n. 3, 1975, pp. 573–583, DOI:10.1063/1.522555.
  18. ^ (EN) D. Hestenes, Spin and Uncertainty in the Interpretation of Quantum Mechanics, in Am. J. Phys., vol. 47, n. 5, 1979, pp. 399–415, DOI:10.1119/1.11806.
  19. ^ (EN) D. Hestenes, Geometry of the Dirac Theory, in A Symposium on the Mathematics of Physical Space-Time,, Città del Messico, MX, UNAM, 1981, pp. 67-96.
  20. ^ (EN) D. Hestenes, The Zitterbewegung Interpretation of Quantum Mechanics, in Found. Phys., vol. 20, 1990, pp. 1213–1232, DOI:10.1007/BF01889466.
  21. ^ a b (EN) D. Hestenes; G. Sobczyk, Clifford Algebra to Geometric Calculus, a unified language for mathematics and physics, 1ed (ristampa), Dordrecht/Boston, Kluwer Accademic Pub., 1987, ISBN 978-9027725615.
  22. ^ (EN) D. Hestenes, Multivector Calculus, in J. Math. Anal. Appl., vol. 24, n. 2, Novembre 1968, pp. 313-325, DOI:10.1016/0022-247X(68)90033-4.
  23. ^ (EN) D. Hestenes, Grassmann's Vision, in G. Schubring (Ed.), Hermann Günther Grassmann (1809-1877) — Visionary Scientist and Neohumanist Scholar, Dordrecht/Boston, Kluwer Accademic Pub., 1996, pp. 191–201, ISBN 978-0792342618.
  24. ^ (EN) D. Hestenes, Grassmann’s Legacy, in H-J. Petsche, A. Lewis, J. Liesen, S. Russ (eds.), From Past to Future: Grassmann’s Work in Context, 1ª ed., Berlino, Birkhäuser, 2011, DOI:10.1007/978-3-0346-0405-5, ISBN 978-3034604048.
  25. ^ (EN) D. Hestenes, Differential forms in geometric calculus, in F. Brackx, R. Delanghe, H. Serras (eds.), Clifford Algebras and their Applications in Mathematical Physics: Proceedings of the Third Conference Held at Deinze (Belgio), Fundamental Theories of Physics, Berlino, Springer, 1993, pp. 269–286, ISBN 978-0792323471.
  26. ^ (EN) A. Lasenby, C. Doran, S. Gull, A Multivector Derivative Approach to Lagrangian Field Theory, in Found. Phys., vol. 23, 1993, pp. 1295–1327, DOI:10.1007/BF01883781.
  27. ^ (EN) A. Lasenby, C. Doran, & S. Gull, Gravity, gauge theories and geometric algebra, in Philos. Trans. R. Soc. A, vol. 356, 1998, pp. 487–582, DOI:10.1098/rsta.1998.0178.
  28. ^ (EN) C. Doran & A. Lasenby, Geometric Algebra for Physicists, Cambridge, UK, CUP, 2003, DOI:10.1017/CBO9780511807497, ISBN 9780511807497.
  29. ^ (EN) C. Doran, D. Hestenes, F. Sommen & N. Van Acker, Lie Groups as Spin Groups, in J. Math. Phys., vol. 34, n. 8, 1993, pp. 3642–3669, DOI:10.1063/1.530050.
  30. ^ (EN) D. Hestenes, Old Wine in New Bottles: A new algebraic framework (PDF), in E. Bayro-Corrochano; G. Sobczyk (eds), Advances in Geometric Algebra with Applications in Science and Engineering, Boston, Birkhauser, 2001, pp. 1-14, DOI:10.1007/978-1-4612-0159-5, ISBN 9781461201595.
  31. ^ (EN) L. Dorst, C. Doran and J. Lasenby, Applications of Geometric Algebra in Compute Science and Engineering, 1ª ed., Boston, Birkhauser, 2002, DOI:10.1007/978-1-4612-0089-5, ISBN 9781461200895.
  32. ^ (EN) L. Dorst, D. Fontjne & S. Mann, Geometric Algebra for Computer Science, Amsterdam, Elsevier, 2007, DOI:10.1016/B978-0-12-374942-0.X0000-0, ISBN 978-0-12-374942-0.
  33. ^ (EN) D. Hestenes & J. Holt, The Crystallographic Space Groups in Geometric Algebra, in J. Math. Phys., vol. 48, 2007, p. 023514, DOI:10.1063/1.2426416.
  34. ^ (EN) H. Li, Invariant Algebras and Geometric Reasoning, Pechino, WSP, 2008, ISBN 978-9812708083.
  35. ^ (EN) E. Bayro-Corrochano & G. Scheuermann, Geometric Algebra Computing for Engineering and Computer Science, 1ª ed., Londra, Springer, 2010, DOI:10.1007/978-1-84996-108-0, ISBN 978-1-84996-108-0.
  36. ^ (EN) L. Dorst & J. Lasenby, Guide to Geometric Algebra in Practice, 1ª ed., Londra, Springer, 2011, DOI:10.1007/978-0-85729-811-9, ISBN 978-0-85729-811-9.
  37. ^ D. Hestenes, Wherefore a Science of Teaching? The Physics Teacher 17: 235–242 (1979)
  38. ^ D. Hestenes, Toward a Modeling Theory of Physics Instruction, American Journal of Physics 55: 440–454 (1987)
  39. ^ D. Hestenes, Modeling Games in the Newtonian World, American Journal of Physics 60: 732–748 (1992)
  40. ^ D. Hestenes, Modeling Software for learning and doing physics. In C. Bernardini, C. Tarsitani and M. Vincentini (Eds.), Thinking Physics for Teaching, Plenum, New York, pp. 25–66 (1996)
  41. ^ D. Hestenes (1997), Modeling Methodology for Physics Teachers. In E. Redish and J. Rigden (Eds.) The changing role of the physics department in modern universities, American Institute of Physics Part II. pp. 935–957
  42. ^ D. Hestenes, Notes for a Modeling Theory of Science, Cognition and Physics Education, In E. van den Berg, A. Ellermeijer and O. Slooten (Eds.) Modelling in Physics and Physics Education, (U. Amsterdam 2008)
  43. ^ D. Hestenes, Modeling Theory for Math and Science Education. In R. Lesh, P. Galbraith, Hines, A. Hurford (Eds.) Modeling Students’ Mathematical Competencies (New York: Springer, 2010)
  44. ^ M. Wells, D. Hestenes, and G. Swackhamer, A Modeling Method for High School Physics Instruction, American Journal of Physics 63: 606–619 (1995)
  45. ^ I. Halloun and D. Hestenes, The Initial Knowledge State of College Physics Students, American Journal of Physics 53: 1043–1055 (1985)
  46. ^ D. Hestenes, M. Wells, and G. Swackhamer, Force Concept Inventory, The Physics Teacher 30: 141–158 (1992)
  47. ^ R.R. Hake, "Interactive-engagement vs traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses," American Journal of Physics 66: 64– 74 (1998)
  48. ^ AMTA home page: http://modelinginstruction.org/
  49. ^ D. Hestenes, C. Megowan-Romanowicz, S.Osborn Popp, J. Jackson,and R. Culbertson, A graduate program for high school physics and physical science teachers, American Journal of Physics 79: 971–979 (2011)
  50. ^ D. Hestenes and J. Jackson (1997), Partnerships for Physics Teaching Reform ––a crucial role for universities and colleges. In E. Redish & J. Rigden (Eds.) The changing role of the physics department in modern universities, American Institute of Physics. Part I p. 449–459

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