Un modello ancora più bello, con i lacci

Abbiamo parlato in precedenza di modello standard delle particelle per definire lo stato dell'arte nella conoscenza della materia e di come questa sia composta, e possiamo affermare che la teoria attuale rispecchi quasi fedelmente il comportamento reale della natura visto che il modello è stato confermato in moltissimi esperimenti e con una precisione veramente impressionante; resta quindi da chiederci se siamo giunti ai limiti della conoscenza del microcosmo e se stiamo ormai esplorando le frontiere dell'universo nei sui confini più minuscoli.

La realtà è che sebbene il modello standard funzioni benissimo nel mondo dei quanti e delle particelle ha rivelato un limite per ora invalicabile nella ricerca di una teoria unitaria che metta insieme le leggi gravitazionali e quelle quantistiche, una teoria del tutto (o TOE come dicono gli anglofoni), che descriva in un unica equazione il comportamento della natura, dalle sue espressioni più microscopiche ed infinitesimali a quelle gigantesche del cosmo.
Ma qualcuno si chiederà: se la relatività generale funziona così bene nella descrizione del mondo macroscopico e la teoria quantistica associata al modello standard funziona altrettanto bene nei meandri del microcosmo, perché dovremmo arrovellarci le meningi per trovare una teoria unificante? La risposta è semplice: perché esistono casi in cui il macro incontra il micro e le due nature si mischiano in un unico fenomeno che richiederebbe l'intervento di entrambe le teorie;
due esempi classici sono i buchi neri ed il Bigbang. Esistono quindi scenari in cui una enorme quantità di materia, in grado di avere grandi effetti gravitazionali, si concentra in uno spazio così piccolo da richiedere l'uso della teoria quantistica; gli sforzi dei fisici di miscelare le due teorie ha portato però grande confusione e pochi risultati a causa di una incompatibilità di fondo che rende i calcoli irrisolvibili: la teoria della relatività generale contempla uno spazio liscio, privo di asperità ed omogeneo, mentre la fisica quantistica prevede uno spazio schiumoso e ribollente di infinite annichilazioni di coppie di particelle positive e negative, invisibile ai nostri occhi solo perché il fenomeno avviene in intervalli di tempo impercettibili; inoltre la semplificazione di considerare le particelle puntiformi, quindi senza un volume spaziale reale, crea enormi problemi nella fusione con la relatività che invece ha bisogno di corpi che occupino spazio tangibile.

La soluzione a questi intricati dilemmi sembra arrivare dalla teoria delle stringhe, un modello matematico per ora, che però promette da qualche decennio, di dare soluzione a tutti i grattacapi della unificazione tra relatività generale e meccanica quantistica. In particolare i punti di forza della teoria delle corde (come si dovrebbe tradurre letteralmente "string") sono:

- tutte le particelle del modello standard vengono prodotte dalla vibrazione di microscopiche stringhe, che come in uno strumento musicale, danno origine a particelle diverse in base alla frequenza ed alla intensità della vibrazione
- non essendo puntiformi, le stringhe occupano uno spazio definito e quindi posso associarsi meglio alla relatività
- essendo la cosa più piccola che dovrebbe esistere, le stringhe porgono un argine all'infinitesimamente piccolo, spazzando via i problemi della meccanica quantistica a distanze inferiori della lunghezza di Planck (0,000000000000000000000000000000000016 metri)
- le stringhe rappresentano una soluzione molto elegante alla Teoria del Tutto

Purtroppo ci sono anche alcuni lati negativi che rendono la teoria difficile da dimostrare:

- per dare origine a tutte le particelle che conosciamo le stringhe dovrebbero poter vibrare in molte dimensioni oltre quelle a noi note (3 spaziali ed 1 temporale) fino ad un massimo di 11 dimensioni
- la matematica per calcolare tali spazi multidimensionali è molto complessa e richiede anni di lavoro per identificare gli spazi con le dimensioni e le forme corrette
- essendo entità così piccole, le stringhe che vivono nel mondo delle dimensioni arrotolate e nascoste alle lunghezze di Planck, vedranno la loro esistenza confinata nel mondo teorico per molto tempo visto che la tecnica non ci permette di esplorare distanze così minuscole.

Essere fino in fondo decoerenti

Abbiamo ormai capito che ciò che accade nei meandri subatomici ha ben poco da spartire con i meccanismi che regolano il nostro mondo di giganti, esseri agglomerati da miliardi di miliardi di particelle; se però le leggi che governano il nostro universo sono valide a tutte le scale come si può spiegare questa diversità a prima vista incoerente?

Proviamo a pensare alle proprietà di una piccola pietra: è leggera, rotola facilmente, viene erosa velocemente, ha un colore a prima vista omogeneo, viene risucchiata dal terreno fangoso, etc... 

Ora immaginiamo una montagna, anche non fosse l'Everest, e pensiamo alle sue caratteristiche:

è pesante, è immobile, viene erosa molto lentamente, ha colori diversi grazie alle varie angolazioni della luce, può essere scalata, ed avanti come sopra.

Quindi dal punto di vista di una montagna deve sembrare davvero inusuale il comportamento della pietruzza e figuriamoci poi quello della sabbia!! Eppure sono composti dalla stessa materia...

Allo stesso modo può sembrarci difficile comprendere i comportamenti delle particelle, la loro dualità ondulatoria e corpuscolare, il comportamento probabilistico, l'indeterminazione delle osservabili, semplicemente perché la nostra prospettiva è troppo distante da quella del mondo quantistico: ma a quale scala le particelle perdono le loro caratteristiche peculiari?

Gli esperimenti ci dicono che molecole anche molto complesse e forse addirittura alcuni microorganismi manifestano ancora, seppure in modo ridotto, caratteristiche del mondo quantistico;

questo processo di maturazione macroscopica, la decoerenza, avviene quindi in maniera graduale, come se ogni legame tra piccole particelle creasse una sorta di rigidità quantistica. In effetti se ricordiamo ciò che abbiamo detto a proposito dell'osservazione di un oggetto quantistico, e della perturbazione che ogni osservazione (o misurazione) intrinsecamente comporta, possiamo intuire come ogni particella che si lega o che interagisce con un altra, in realtà compia un processo di osservazione e viceversa. Il risultato è un universo composto da un infinità di particelle che si osservano e si scrutano l'un l'altra, rendendo il nostro mondo quantisticamente decoerente, ma sicuramente più adatto alle camminate in montagna, al tiramisù, al gioco del calcio, alle belle ragazze, etc...

L'elettrone ed il moschicida

Un elettrone è l'emblema delle stranezze che caratterizzano il mondo quantistico delle particelle:

non possiamo sapere con precisione dove si trovi a meno di perdere informazioni sulla sua velocità (e viceversa) e se provassimo a chiuderlo in un barattolo (dovrebbe essere un barattolo molto particolare dotato di un campo magnetico), lo vedremmo muoversi come impazzito all'interno di quello spazio limitato, tanto da non riuscire quasi a vederlo. Se poi provassimo a confinarlo in un barattolo ancora più piccolo il risultato sarebbe, sempre come conseguenza del principio di indeterminazione, che l'elettrone impazzirebbe ancora di più spostandosi sempre più velocemente, come se non volesse arrendersi a quel destino di prigioniero ingabbiato.

Ripetendo un "esperimento" che abbiamo fatto quasi tutti da bambini, se intrappolassimo una mosca impazzita (una di quelle in piena crisi isterica) in un barattolo, il risultato sarebbe molto simile a quello descritto per l'elettrone solo che per mantenere le proporzioni, il barattolo che contiene la mosca dovrebbe essere enorme, alto e largo come la distanza dalla Terra al Sole!! Immaginatevi di rincorrere la mosca che si muove ad una velocità vicina a quella della luce per uno spazio immenso come quello che divide il nostro pianeta dal centro del sistema solare: una bella impresa anche se dotati di super paletta gigante ed in una situazione del genere è difficile anche solo capire dove sia la mosca in un determinato momento, che a prima vista sembra essere in più posti contemporaneamente vista la velocità con cui si sposta. 

L'unica cosa da fare in queste condizioni è usare la maniera forte: spruzziamo il moschicida in grandi quantità ed aspettiamo che la mosca passi in quel punto ed ecco che, come previsto, in un attimo vediamo un puntino nero bloccarsi per poi cadere sul fondo del nostro barattolone! 

Non potremo mai sapere a che velocità stava andando ma abbiamo identificato con una certa accuratezza il punto in cui si trovava la povera mosca prima di rimanere stecchita (come sacrificio non è stato poi così utile).

Quando i fisici devono maneggiare particelle quantistiche si trovano sempre a dover compiere "sacrifici" ed interagendo con esse ne distruggono la funzione d'onda (la natura ondulatoria che nella nostra analogia la mosca creava muovendosi a velocità così elevate) trovandosi molte volte poi tra le mani una particella stecchita (la natura corpuscolare degli oggetti quantistici).

Un bel modello, quello standard

Scavando nel mondo delle particelle, o meglio frantumandole nel microcosmo, i fisici in 50 anni di collisioni tra pezzi di atomi scagliati gli uni contro gli altri ad enormi energie, sono riusciti ad identificare i tre mattoni di cui è composta tutta la materia che ci circonda: quark up, quark down ed elettroni. Un passo avanti non in senso numerico visto che già un secolo fa si era giunti alla conclusione che l'atomo fosse composto da elettroni, protoni e neutroni, ma sicuramente un enorme balzo nella comprensione dei meccanismi che regolano la materia e le forze in gioco; infatti grazie alla scoperta dei quark, che compongono appunto i protoni ed i neutroni, si sono riuscite a spiegare le interazioni che mantengono i nuclei atomici uniti  (forza nucleare forte) ed anche le ragioni alla base dei decadimenti radioattivi (forza nucleare debole).

Nella affannosa ricerca degli elementi fondamentali dell'universo, gli scienziati hanno incontrato non poche difficoltà dovute al proliferare di pezzettini di materia che però non sembravano incastrarsi nel puzzle che avrebbe identificato finalmente la natura primordiale del cosmo: infatti prima di scremare tutti quelli che non sembravano i mattoncini indivisibili, si sono dovuti eseguire miliardi di collisioni in tutti gli acceleratori del mondo per poi finalmente arrivare alla conclusione che la natura prevede l'esistenza di sei tipi di quark, tre tipi di elettroni ed anche tre varietà di neutrini. Eppure poche righe sopra affermavo che tutta la materia è composta da soli tre elementi (due quark ed un elettrone) ed è questa la realtà, ma l'universo prevede comunque l'esistenza di altre forme di materia, anche se queste non risultano stabili (come l'antimateria) o più semplicemente vagano nello spazio senza interagire (come i neutrini); quindi, un po' come è accaduto per la tavola periodica degli elementi chimici che ha continuato ad espandersi grazie ai laboratori che scoprivano elementi come il rutherfordio od il bohrio, che però non sono presenti naturalmente sulla Terra, così nella fisica delle particelle si sono incontrati elementi altamente instabili che comunque in un probabile momento della creazione od in un momento evolutivo dell'universo, potrebbero aver trovato il loro posto anche se per poco nella storia che stiamo raccontando.

Quindi la bellezza del Modello Standard delle particelle fondamentalmente è dovuta alla sua semplicità e simmetria che ci apre una finestra dalla quale si può avere una visione profonda su tutto ciò che esiste, che è esistito o potrebbe esistere.

Velocità della luce: più lenti non si può (parte 2)

(Se ti sei perso la parte 1)

Quando si immagina la trama del tessuto spazio-temporale si dovrebbe pensare a qualcosa di quadridimensionale, cosa a cui la nostra mente non è assolutamente abituata visto che ci siamo evoluti in un mondo a tre dimensioni e tutti i nostri sensi sono tarati per muoverci in un ambiente simile. L'escamotage per entrare nel mondo immaginato da Minkowski ed Einstein è quello di tralasciare qualche coordinata spaziale (tanto sappiamo bene com'è fatto lo spazio a tre dimensioni) per far subentrare quella temporale, prendendo per esempio come partenza un mondo piatto in cui gli oggetti bidimensionali si possano muovere solo avanti-indietro e sinistra-destra: a pensarci bene non è nemmeno una approssimazione tanto lontana da molte situazioni reali, visto che quando siamo per esempio in bici non abbiamo modo ne di volare ne di scavare e quindi i nostri spostamenti sono, ci permettiamo di dire, a due dimensioni. A questo punto dobbiamo aggiungere la dimensione temporale che possiamo immaginare come tutti i fotogrammi del percorso che faremo in bici, magari sovrapposti uno sull'altro come in una risma di fogli, in pratica un cubo in cui la traiettoria nello spazio e nel tempo sia rappresentata da una linea che congiunge i vari punti (uno per foglio) in cui la bici si è trovata durante il tragitto.

Ancora più semplicemente vorrei introdurvi alla analogia che prediligo: pensate  ad una pellicola di un film in proiezione, dove ogni fotogramma rappresenta uno dei fogli immaginati prima; ora proviamo ad immaginare di essere seduti e di guardare il film che inizia con la bici ferma e di misurare la velocità con cui i fotogrammi scorrono davanti ai nostri occhi o meglio la velocità della pellicola: troveremo che in quel istante il nastro viaggia a circa 300.000 km/s (ricordiamo che lo scorrere dei fotogrammi rappresenta lo scorrere del tempo).
Ad un certo punto la  bici parte col suo ciclista, sempre inquadrata nel nostro fotogramma, e raggiunge la velocità di 100 km/s (è una bici truccata oppure il ciclista è dopato), mentre noi ci apprestiamo a misurare nuovamente la velocità della pellicola per rilevare che questa invece ha rallentato a 299900 km/s; niente di strano, infatti sappiamo bene che, a causa della relatività ristretta, gli oggetti in movimento rallentano il loro orologio che visto da un osservatore esterno (ricordiamo che noi siamo seduti ed il film lo guardiamo), ci apparirà rallentato.

Se quindi il ciclista riuscisse pedalando ad arrivare a 200000 km/s troveremo che la pellicola sarebbe rallentata a 100000 km/s e quindi il film apparirebbe come uno slow motion; quello che però vorrei che notaste è che la somma delle velocità della pellicola (cioè dello scorrere del tempo) e della bicicletta è sempre 300000 km al secondo che poi non è altro che la velocità della luce:
questo sta a significare che ogni cosa nell'universo corre alla velocità della luce ma, siccome la velocità si scompone nelle varie direzioni dello spazio-tempo, nella nostra apparente quiete spaziale di spettatori seduti, noi corriamo a grande velocità nella direzione del tempo, e ciò attenua gli effetti relativistici nella nostra esperienza quotidiana (anche quando ci stiamo muovendo nelle dimensioni spaziali a piccole velocità).


Tale rivelazione ci mette innanzi ad alcune considerazioni molto interessanti:

1) i fotoni che compongono lo spettro elettromagnetico (come per esempio la luce visibile) viaggiano alla velocità della luce diretti esclusivamente nelle tre direzioni spaziali e quindi la loro pellicola (per tornare al film proiettato in precedenza) è completamente immobile e si trovano al di fuori del tempo, senza mai che un secondo sia trascorso per loro dal Bigbang, come degli eterni highlanders;
2) i fotoni sono privi di massa ed è questa la ragione che permette loro di raggiungere la velocità della luce nella direzione spaziale;
3) l'uomo in bici possiede una massa quando è fermo  (massa a riposo) ma durante la corsa la sua massa aumenterà (massa relativistica che sarebbe meglio indicare come energia totale) a causa delle conseguenze della relatività ristretta.

Rimanendo nel nostro cinema virtuale, vuoi mica vedere che l'inerzia in eccesso, che si crea acquistando velocità nelle direzioni spaziali, finisce per appesantire la pellicola (la dimensione temporale) che sarà costretta a rallentare, essendo il motore del proiettore (dell'universo) sempre lo stesso per tutti gli attori e gli spettatori di questo film?

Dal big bang allo schiuma party

Seppure sia la teoria attualmente più sostenuta dal mondo scientifico (ma anche da quello mediatico come soggetto di facile spettacolarizzazione), nell'opinione comune di noi ignoranti è molto difficile immaginarsi il Bigbang come nascita dell'universo intero, e se poi ci aggiungiamo che non è solo un fatto di creazione di materia bensì della genesi dello spazio e del tempo come noi lo percepiamo, allora ci viene il mal di testa e giriamo lo sguardo per distrarci sul colore del maglione all'ultima moda o sul modello del nuovo smartphone appena uscito nei negozi.

A volte cercare di visualizzare concetti così lontani dalla nostra esperienza e dalla nostra scala di grandezza richiede uno sforzo di fantasia ed immaginazione, ma tentare vale la pena e non costa nulla: proviamo a prendere una goccia di detersivo superconcentrato che, fino a quando è lasciata sola ed in pace, rimane stabile e nulla accade; poi aggiungiamo un poco d'acqua e misceliamo con forza ed inizierà a formarsi una quantità di schiuma sempre maggiore fino ad arrivare ad un volume impressionante che presto riempirà lo spazio intorno. Se ripetiamo l'esperimento all'aperto e ci aggiungiamo un bel ventilatore che sparga la schiuma ai quattro venti ecco che abbiamo organizzato uno schiuma party!! 

Ebbene il Bigbang assomiglia molto ad una di quelle feste in cui si viene cosparsi di schiuma generata da speciali cannoni alimentati da qualche goccia di apposito sapone.

Infatti l'universo non è altro che materia sparpagliata a casaccio e probabilmente generata da una sola goccia concentratissima che ad un certo punto è esplosa, per cause molto difficili per ora da definire; comunque immaginiamo anche di fare tutto ciò nel vuoto (anche se forse in assenza di aria addio bolle) e vedremo la schiuma continuare a spandersi in tutte le direzioni, sflilacciarsi sempre di più fino a formare piccoli mucchietti separati di bolle sparse (che nella nostra analogia costituiscono le nebulose di gas), separate da distanze che rappresentano il tessuto dello spazio e del tempo,  fino poi a ricondensarsi in piccole gocce d'acqua che rappresentano gli ammassi e le galassie stesse (figurarsi poi che ogni galassia è formata da milioni di sistemi stellari come il nostro). 

Certamente l'universo è più complesso di così, e la materia non è solo formata da acqua e sapone però il Bigbang preferisco immaginarlo come un cannone spara schiuma che come una bomba nucleare che esplode...

E poi cosa c'era prima del Bigbang? Probabilmente una festa meno divertente!

Tanti, ma Quanti?

Uno degli aspetti sbalorditivi della natura si presenta ai nostri occhi come un pacchetto; un regalo per i fisici di inizio novecento che, alle prese con la catastrofe ultravioletta (una errata previsione delle teorie classiche), aspettarono Einstein e la sua scoperta dell'effetto fotoelettrico (nobel nel 1921) per spacchettare l'omaggio di Max Planck e la sua ipotesi quantistica del 1901.

Ebbene, nel pacco c'era un pacchettino, meglio dire un "quanto", perché oltre alla materia, che già si immaginava essere composta da mattoncini chiamati atomi, anche l'energia si presentava in pastiglie inscindibili chiamate fotoni. Da allora tutto è stato scoperto essere impacchettato, dallo spin degli elettroni, alle forze di interazione tra quark, al tempo.

Ma perché ci dovrebbe stupire tanto che la natura si presenti in tanti "quanti"? Nella fisica classica si è abituati a maneggiare grandezze analogiche, ma anche l'esperienza quotidiana ci lascia intuire che le vastità che ci circondano siano infinitesimamente suddivisibili; il fatto è che i pacchetti di cui stiamo parlando sono veramente piccoli, di una dimensione a noi quasi inimmaginabile, ed al nostro livello macroscopico è difficile intuirli così come è arduo intuire la dimensione dell'universo; naturalmente ci risulta anche non presagibile che il tempo stesso sia suddiviso in istanti, fotogrammi del reale che non possono più essere scissi.

Eppure basta immaginare l'architetto universale, la natura, che dovendo scegliere se costruire "il tutto" utilizzando come fondamenta un evanescente struttura diluibile infinitesimamente, oppure pacchetti ben definiti da poter appoggiare l'uno all'altro, prediliga questa seconda scelta.

Lo sporco doppio gioco degli elettroni

Il più "bel esperimento di sempre", come è stato definito, consiste nello sparare particelle elementari contro una parete in cui sono state praticate due minuscole e ravvicinatissime fenditure in modo che alcune di queste particelle riescano a passare dall'altro lato per andare a "spiaccicarsi" contro una lastra sensibile che visualizzerà i punti di impatto.

Se ripetessimo l'esperimento a livello macroscopico ed al poligono di tiro sparassimo proiettili in modo che questi, infilandosi nelle fenditure, andassero ad impattare sul bersaglio posto qualche metro dietro, il risultato constaterebbe di due strisce di buchi corrispondenti in traiettoria alle fenditure per le quali sono volati; se invece provassimo ad adattare l'esperimento a qualche generatore di onde, per esempio un altoparlante che riproduce un suono ad una certa frequenza, ed interponendo il solito schermo con le due fenditure tra l'origine del suono ed un rilevatore dello stesso, ci accorgeremmo che il risultato è rappresentato da una serie di regioni dello spazio in cui il suono è più forte ed altre in cui c'è il silenzio assoluto: lo stesso varrebbe per un generatore di onde d'acqua, di onde radiofoniche, luminose, etc... perché ciò che accade ad un onda che attraversa due fenditure è di scindersi in due onde uguali che interferiscono tra loro dando origine a zone in cui i picchi d'onda si sommano alternate ad altre in cui si elidono.

La conseguenza è che l'esperienza delle due fenditure è cruciale per capire se la fonte che noi proiettiamo verso lo schermo ha origine ondulatoria o particellare ed è stato quindi adattato in forme diverse fino a riuscire ad ottenere uno schema attuabile anche per gli elettroni e da qui in avanti le sorprese non sono più finite: innanzi tutto gli elettroni sparati che attraversano le fenditure arrivano sullo schermo rilevatore come punti ben definiti, proprio come un proiettile, e lasciando aperta una fenditura sola il risultato è la classica striscia di puntini (come sullo schermo del poligono); aprendo contemporaneamente le fenditure osserviamo la prima stranezza, perché otteniamo invece una sequenza di strisce, classica delle interferenze tra onde.

Chiaramente la prima cosa che si pensa è che probabilmente gli elettroni che passano le fenditure quasi contemporaneamente interferiscano in qualche modo tra di loro al di la dello schermo, ma anche ripetendo l'esperimento in modo da distanziare i lanci di elettroni l'uno dall'altro con la sicurezza che uno solo alla volta passi le fenditure, l'immagine di interferenza non scompare (l'elettrone interferisce con se stesso?). 

Durante i primi test i fisici sperimentali pensarono che la cosa più logica da fare era mettere un rilevatore vicino alle fenditure per capire cosa accadesse e da quale fenditura passasse il singolo elettrone ma il risultato fu sconcertante: con la presenza dei rilevatori l'immagine di interferenza veniva sostituita dalle due strisce tipiche del comportamento particellare: l'osservazione degli elettroni fa collassare la funzione d'onda.

Raccontato così l'esperimento delle due fenditure  può sembrar appartenere più ad una esperienza spirituale che ad una prova scientifica ed è comunque alla base delle interpretazioni che hanno dato origine alla fisica quantistica ed alla evidenza della doppia natura delle particelle, corpuscolare ed ondulatoria. Vorrei però tentare di demistificare agli occhi degli osservatori "ignoranti" quello che accade durante l'esperimento delle due fenditure. Innanzi tutto dobbiamo tenere presente che le fessure dell'esperimento sono ad una distanza che è della scala delle dimensioni dell'elettrone-proiettile (e questo è stato tra l'altro uno dei problemi maggiori per realizzare l'esperimento),  poi considerare che le particelle elementari sono associate ad una lunghezza d'onda (De Broglie) e cioè ad una specie di vibrazione e, per concludere, che non si può pensare ad un minuscolo oggetto quantistico come ad un massivo proiettile di metallo ma per fare una similitudine col macrocosmo immaginarlo come una pallina gelatinosa che vibra.

Si tratta chiaramente di una analogia impropria per molti aspetti ma cosa accadrebbe se sparassimo proiettili gelatinosi e vibranti attraverso due fenditure poste tra loro ad una distanza non maggiore delle dimensioni del proittile stesso? Provo ad immaginare che in molti casi il proiettile venga diviso in due dal filetto che distanzia le fenditure per poi ricomporsi subito dopo, ma siccome nel mentre la gelatina continua a vibrare, nel ricomporsi il molle proiettile subisce una deviazione di traiettoria legata alla frequenza della vibrazione stessa; e quando mettiamo il rilevatore vicino alle fenditure?
Ma certo, lo sanno tutti che la gelatina tende ad appiccicarsi qualsiasi cosa incontri per la sua strada!!

Il paradiso degli scienziati

Normalmente la fine di un anno coincide con momenti di bilancio, è una scusa per trovare il tempo di riguardare indietro e capire come sono andate le cose, come sarebbero potute andare; immagino che per il lavoro di uno scienziato invece il 31 dicembre sia poco cruciale se non per qualche scadenza fiscale o burocratica (me li immagino annoiati a fare l'inventario del laboratorio), perché il lavoro di ricerca già  necessita di una valutazione costante, e quotidiana. 

Il mio augurio per l'anno nuovo a tutti noi "ignoranti" è quello di riuscire ad imitare i ricercatori nel metodo della vita di tutti i giorni, ritagliando minuti essenziali per riflettere, comprendere, decidere, così come fanno gli studiosi che costantemente mettono in discussione i loro risultati ed i loro metodi per raggiungere gli obiettivi e le scoperte che poi cambieranno col tempo le nostre vite: le scelte di ognuno di noi dovrebbero essere altrettanto cruciali per la nostra esistenza.

E sarà forse il destino che ha voluto concludere proprio alla fine dell'anno la centenaria avventura della ricercatrice italiana più conosciuta nel mondo, la Scienziata-senatrice Rita Levi Montalcini, una figura che forse sembrava appartenere, per educazione e portamento, non al secolo scorso ma a quello ancora precedente, ma la cui figura, essendo donna di scienza, non combaciava nella sostanza di ciò che faceva e pensava ad alcun periodo storico specifico; aveva dichiarato in qualche intervista di non credere in alcun Dio, ma essendo famosa per la curiosità indomabile, immagino che qualche pensiero su cosa la stesse attendendo al di là della soglia della vita, lo avesse avuto.

A me piace immaginare l'esistenza di un non luogo in un non tempo, dove tutte le menti degli scienziati si trovino raccolte ad osservare il codice primordiale che regola il nostro universo, senza strumenti o rilevatori come hanno instancabilmente fatto per tutta la vita, ma semplicemente immersi e connessi  ad esso, potendo finalmente scrutare i segreti del DNA, l'infinitesimo mondo dei bosoni, le ragnatele del tessuto spazio-temporale, le leggi della simmetria, in un estasi senza fine che ripaghi il sacrificio di una vita donata alla ricerca della verità.

Buon anno a tutti.

Non esiste più quel "locale" di una volta...

Basta digitare su di un motore di ricerca il termine "quantistico" oppure "entanglement" per capire che il significato prettamente scientifico di queste parole sia stato utilizzato per giustificare il nascere di movimenti mistico/religiosi in stile "new age": da dove nasce la connessione tra la seria ricerca dei fisici del secolo scorso e questa ondata di pseudo-spiritualità?

L'origine delle visioni più mistiche della meccanica quantistica devono essere ricercate nella sua interpretazione più ortodossa e primordiale, quella cosiddetta di Copenaghen, in cui si delineavano le caratteristiche di un mondo fisico nuovo, quello appunto quantistico, che non aveva più nulla a che vedere con quello classico del macrocosmo di cui tutti abbiamo esperienza quotidiana; in particolare nel mondo dei quanti, secondo l'interpretazione concordata dai maggiori esperti nel 1927, non valevano più i principi di realtà e di località, che ora cercherò di spiegare meglio.

Il realismo fisico, quello tanto caro ad Einstein, è definito dalla proprietà degli oggetti di possedere caratteristiche misurabili preesistenti all'osservazione (e quindi alla misurazione) per cui il fatto che un oggetto sia al centro di un esperimento o meno, non cambia la realtà fisica di quell'oggetto che si evolverebbe comunque indipendentemente dal nostro esame: la fisica dei quanti non sembrerebbe ammettere questa realtà perché ad ogni nostra misurazione l'oggetto quantistico (pensiamo ad un elettrone od un altra particella) cambia la propria caratteristica ed il proprio comportamento.

Per spiegare con un analogia questa evoluzione della fisica del microcosmo pensiamo a cosa accade quando immergiamo un termometro in un bicchiere pieno d'acqua per misurarne la temperatura: anche se in modo impercettibile l'immersione del termometro (che avrà una certa temperatura) andrà a turbare la temperatura dell'acqua nel bicchiere che però, essendo un oggetto macroscopico, non si accorgerà quasi della nostra azione; se però riduciamo sempre di più le dimensioni del bicchiere fino a fargli contenere una sola molecola di acqua, comprendiamo subito che il gesto di mettere a contatto il termometro con questa minuscola goccia, cambierà inevitabilmente la temperatura della stessa. Purtroppo ciò che accade a livello di particelle è ancora più complesso di ciò che ho provato a descrivere con l'esempio appena citato e comportamenti duali (onda o particella) hanno fatto emergere un mondo microscopico completamente bizzarro e casuale fino ad originare una interpretazione non realistica della fisica delle microcosmo: quindi secondo l'interpretazione di Copenaghen gli oggetti quantistici si trovano in una sovrapposizione di stati fino a quando qualcuno non li osserva (il famoso gatto vivo e morto di Schrödinger).

Il principio di non località è ancora più sconvolgente di quello del non realismo ed infatti è quello più  utilizzato dai vari santoni per giustificare una connessione universale che vedrebbe l'umanità ed il cosmo stesso in uno stato di entanglement: tralasciando le visioni mistiche, effettivamente a livello quantistico succede una cosa completamente lontana dalla nostra esperienza quotidiana che ci induce immediatamente a pensare più alla magia che alla scienza.
Se prendiamo due particelle create appositamente con caratteristiche complementari (ad esempio con spin opposti) e le allontaniamo ad enorme distanza una dall'altra, nel momento stesso in cui interagisco con una delle due, l'altra istantaneamente ed indipendentemente dalla distanza reagirà come se fosse collegata alla prima; in pratica si assiste ad un teletrasporto dell'informazione quantistica e questo ha creato speculazioni su possibili ed imminenti costruzioni della macchina per il teletrasporto, di invisibili connessioni celebrali tra tutti gli uomini sulla Terra, di possibili giustificazioni alla telecinesi e chi più ne ha più ne metta.

Innanzi tutto chiariamo immediatamente che entrambi i principi di non realtà e non località sono validi esclusivamente per il microscopico mondo delle particelle, poi specifichiamo che il principio di non realtà è stato messo in discussione da interpretazioni più moderne come la decoerenza quantistica e la meccanica di Bohm ed infine rassegnamoci al fatto che scendendo a scale infinitesimamente piccole la materia non si comporta come siamo abituati a pensare ed effettivamente il principiò di non località è stato dimostrato tramite il teorema di Bell e diversi esperimenti di tipo EPR.
Se fosse ancora vivo Einstein probabilmente dovrebbe rassegnarsi oggi al fatto che nonostante tutti i  suoi sforzi di dimostrare il contrario, non c'è proprio più il "locale" di un tempo...

Cavalcando l'onda

Una delle definizioni più ardue da dare in ambito fisico è quella di energia in senso generico (non in una sua specifica forma), nonostante nella nostra esperienza non facciamo alcuna fatica a riconoscere e misurare molti aspetti di questa sfuggente manifestazione dell'universo; se per esempio guardiamo la bolletta della luce o del gas riconosciamo subito di aver utilizzato (e pagato caro) energia seppure in forme e da fonti diverse, mentre se corriamo ci accorgiamo di bruciare energia perché poi siamo stanchi e dobbiamo reintegrare bevendo e mangiando. Addirittura il pensiero nei nostri cervelli si produce tramite l'energia ed il consumo della stessa con lo scambio di impulsi elettrici tra le sinapsi, e possiamo tranquillamente affermare che l'esistenza di tutto ciò che possiamo osservare (e l'osservazione stessa) dipendono dalla presenza dell'energia.

Da quando Einstein ha derivato dalle sue celebri equazioni della relatività anche quella che sarebbe diventata la formula matematica più famosa al mondo, sappiamo che esiste una relazione strettissima tra energia e massa e che nell'ultima è contenuta una quantità enorme della prima (un grammo di Uranio 235 che subisce interamente la fissione produce circa 8 x 1010 joule, ossia quanto la combustione di circa 3 tonnellate di carbone): il processo inverso è invece più difficile da ottenere perché per trasformare l'energia in massa ci vuole una grande quantità di energia concentrata come per esempio un raggio gamma che impattando su di un nucleo atomico dia corpo alla produzione di una coppia di elettrone (materia) e positrone (antimateria).

Sappiamo anche che un raggio gamma non è altro che un onda elettromagnetica, come un raggio di luce od un onda radiofonica, solo molto più energetica, e ne possiamo dedurre che quindi ogni cosa che ci circonda è in pratica energia che si manifesta in forme diverse fino al suo aspetto più condensato che noi percepiamo come massa e quindi materia.

Se tutto nell'universo è riconducibile all'energia come componente primordiale, possiamo immaginarci in qualche modo che struttura possa avere una cosa così sfuggente ed impalpabile?

Utilizzando l'esempio del fotone cioè il "quanto di energia" od ancora il più piccolo pacchetto di energia con cui possiamo interagire, ed avendo dopo decenni di esperimenti verificato che si comporta sia come un corpuscolo ma anche come un onda, proviamo ad immaginare l'energia come lo scorrere di un onda: in fondo l'increspatura osservata sull'acqua cos'è se non altro che energia allo stato puro che si propaga attraverso il movimento delle molecole?

Ed ecco il mistero più grande: in che mezzo si propaga l'onda energetica dei fotoni nell'universo?

Materialmente vuoti

Senza dubbio la scoperta dell'anno in ambito scientifico è quella fatta al CERN sull'esistenza di una nuova particella, in particolare un bosone, importante soprattutto perché, già teorizzata, la si stava cercando da anni con tutti i mezzi a disposizione. Perché tanto accanimento nella ricerca di un minuscolo mattoncino senza pur essere certi della sua esistenza? Qualcuno aveva battezzato l'ineffabile bosone di Higgs coma la "particella di Dio" forse anche a causa della centralità che ha avuto nella fisica del microcosmo degli ultimi anni, o forse perché dietro la sua comparsa si cela il segreto della massa, cioè dell'esistenza stessa della materia come tutti siamo abituati ad osservare nel mondo che ci circonda.

Il rischio però per noi comuni ignoranti, dopo gli altisonanti nomignoli ed il clamore della scoperta, è di confondere ciò che è massa con quello che invece di massa non ne ha proprio; a tal proposito è molto interessante il video girato da alcuni studenti dell'Università di Trento che provano a calcolare la massa effettiva di una persona che pesi circa 76 kg: il risultato è veramente inaspettato visto che sommando la massa degli elettroni e dei quark che ci compongono deriva una massa effettiva di circa 1 kg (che corrisponderebbe alla massa sviluppata dall'interazione con il teorizzato campo di Higg e la sua "particella di Dio"). E gli altri 75 kg che fine fanno? Com'è possibile che solo una così piccola percentuale di massa trovi spiegazione in quella che è stata definita la scoperta più importante degli ultimi 10 anni? La verità è che già sappiamo molto sugli scomparsi 75 kg e su come sia fatta la materia: innanzi tutto ricordiamoci che nonostante le apparenze siamo per lo più vuoti, o meglio ogni singolo atomo che compone la materia è praticamente vuoto, un granello che fa da nucleo e delle nuvole elettroniche che creano una sorta di scudo di energia che ci dà l'impressione che l'atomo sia consistente; il nucleo a sua volta è composto da quark tenuti insieme da elastici indistruttibili chiamati gluoni (anch'essi senza massa) e quindi parzialmente vuoto pure lui.

Possiamo quindi affermare che i 75 kg dello studente (il 99% della materia) sia in pratica energia cinetica di elettroni e gluoni e che questa energia condensata, in un corpo diventi per noi "percezione" di massa secondo la nota relazione E=mc2 (l'energia non è altro che massa per velocità della luce al quadrato); rimaneva ancora da spiegare quel chilogrammo e grazie all'intuizione di alcuni fisici, 50 anni or sono, sembra che il dilemma sia in fase di risoluzione anche se mancano ancora tasselli importanti per definire con certezza che ciò che si è scoperto sia effettivamente ciò che cercavamo. D'ora innanzi però, quando saliamo sulla bilancia col terrore di un chilogrammo di troppo, teniamo bene a mente che quello forse è l'unico chilogrammo che ci rimane.

Velocità della luce: più lenti non si può (parte 1)

L'idea o meglio la constatazione alla base della relatività ristretta è quella che vede la velocità della luce come un limite massimo invalicabile; tale convinzione nacque già alla fine dell'800, quando Michelson e Morely allo scopo di provare l'esistenza dell'etere, si accorsero che la velocità della luce era costante da qualsiasi punto di riferimento si provasse a misurarla.

In pratica se stessimo viaggiano su di un moderno treno ad una velocità di 300 km/h ed incrociassimo un impulso luminoso che viaggia in direzione opposta, misurando da passeggeri la velocità "percepita" di tale impulso ci aspetteremmo di trovare che la velocità osservata fosse quella della velocità della luce sommata ai 300 km/h; per capirci la velocità percepita o relativa è spiegabile con quella sensazione che abbiamo provato tutti su di un treno alla stazione guardando il treno sul binario vicino e non riuscendo a capire quale dei due si stia effettivamente muovendo:
sommando la velocità del treno fermo (zero) con quella del treno in partenza (esempio 10) e ottenendo lo stesso totale (10) da entrambe i passeggeri dei due treni, non si può sapere quale dei due sia fermo se non osservando un terzo sistema di riferimento (ad esempio il marciapiede). 

A grande sorpresa, nel caso del impulso luminoso, i rilevatori di velocità sopra il treno segnalerebbero, come somma delle due velocità, sempre solo la velocità della luce (1.054.052.849 km/h) e non la velocità del treno sommata a quella della luce. E se il treno andasse ad una velocità prossima a quella della luce? La risposta è sempre uguale, alla faccia di Newton e Galileo, al massimo si registrerebbe un impulso luminoso che va alla velocità della luce: quindi a velocità elevate il principio di relatività spaziale non sembrerebbe più valido.

Da questo assunto è partito Einstein nella stesura della sua teoria, senza andare troppo a scavare sulle cause di un fenomeno apparentemente inspiegabile ed illogico, ma sviluppando da questo dato oggettivo una formidabile serie di previsioni teoriche e di risultati eclatanti, primo tra tutti che il tempo non è assoluto ma è relativo all'osservatore. Infatti per spiegare come possa accadere che un fenomeno che nella quotidianità risulta essere perfettamente concordante con le osservazioni, quale la somma o la differenza delle velocità di sistemi di riferimento in movimento, diventi un rompicapo  inestricabile, si deve introdurre la relatività temporale, soprattutto per sistemi di riferimento che viaggiano a velocità molto elevate (il nostro treno Vs l'impulso luminoso); in questo modo chi percorre tragitti a velocità prossime a quelle della luce rallenta il proprio orologio all'occhio di chi viaggia più lentamente.

Ogni singola particella dell'universo vive un tempo relativo legato alla sua condizione di velocità il che è traducibile con la seguente affermazione: l'orologio di ogni singola particella scandisce il tempo in relazione alle interazioni che la particella stessa subisce dai campi che la circondano. Infatti ciò che noi chiamiamo accelerazione dipende essenzialmente dalla massa e dall'energia che possiede la particella (o l'insieme di particelle) e cioè dalla presenza dei campi elettromagnetici, gravitazionali e di Higgs (la definizione di campo è qualcosa di complesso ma possiamo immaginare un fluido che permea lo spazio con certe caratteristiche e densità). E se i campi non ci fossero?

I fisici sono d'accordo sul fatto che senza campi le particelle sarebbero condannate a viaggiare tutte alla velocità della luce, riempendo un "non tempo" e forse un "non luogo" di scie di energia ricurve su se stesse, un posto inimmaginabile in cui più lenti della luce non si può. (continua)

Relativamente alla relatività

Difficile immaginarsi come la relatività einsteiniana possa influire quotidianamente sulle nostre vite eppure, ormai si è detto e ridetto, uno degli oggetti Hi-Tech più comunemente diffuso come il GPS, funziona correttamente grazie agli aggiustamenti dovuti alla teoria del tempo relativo; in pratica gli orologi atomici presenti a bordo dei satelliti del Global Positioning System non scandiscono i secondi allo stesso ritmo di quelli sulla terra bensì subiscono due diversi effetti relativistici, uno dovuto alla velocità del satellite (secondo la teoria della relatività ristretta l'orologio rallenta di 7 microsecondi ogni 24 ore) ed uno dovuto ad una minore curvatura dello spazio-tempo a livello dell'orbita (secondo la teoria della relatività generale l'orologio accelera di 45 microsecondi ogni 24 ore); il secondo effetto è quello meno conosciuto anche se è quello preponderante, e si spiega con il fatto che più un orologio è vicino ad un centro di gravità (per non pagare il copyright a Battiato diciamo ad una massa gravitazionale) e più rallenta, cosi che gli orologi sui satelliti, essendo a maggiore distanza di noi che siamo sulla superficie terrestre, viaggiano più velocemente (con la buona pace di chi risiede in montagna e vive mediamente nell'arco di una esistenza  un secondo in meno di chi sta al mare).

Diciamo per completezza che la teoria non spiega l'origine del fenomeno ma ne prevede il comportamento in maniera strabiliante, a tal punto che da essa si è potuto ricostruire l'evoluzione gravitazionale dell'universo fino a pronosticare l'esistenza del big bang, la genesi iniziale; in fondo tutta la fama che ha circondato ed ancora investe la figura di Einstein è meritata se pensiamo a quante conferme della teoria, vecchia ormai 100 anni (ma anche più vecchia se fossimo nello spazio siderale), abbiamo potuto osservare nei decenni a seguire: ma come facciamo noi a digiuno di matematica ad immaginare un meccanismo tanto curioso quanto lontano dalla nostra esperienza?

Torniamo ad una analogia che ritengo proficua, quella dei due filmati girati e poi proiettati parallelamente ma questa volta immaginiamo di essere gli attori principali della pellicola: il primo film lo abbiamo girato sulla Stazione Spaziale Internazionale mentre il secondo, con stessa sceneggiatura, sulla terra all'interno del simulatore che riproduce in maniera identica la stazione orbitante. Poi dovremmo sincronizzare i motori delle due telecamere tenendo conto dei due effetti prima descritti a proposito del GPS e quindi dovremmo far girare la pellicola sulla stazione in orbita più lentamente (45 microsecondi ai quali sottrarre i 7 sarebbero 38 microsecondi ogni 24h). Quale sarà il risultato quando proietteremo alla velocità terrestre le due pellicole girate nei due ambienti apparentemente uguali?

Vedremmo quello che è successo relativamente all'osservatore terrestre, e cioè nel filmato girato in orbita la scena avrebbe un "effetto comiche" con gli attori che si muovono velocemente, mentre il filmato girato sulla Terra avrebbe una velocità corretta (in realtà la differenza è talmente piccola che non percepiremmo la differenza ad occhio nudo ma pensiamo di esaltarne l'effetto);

dobbiamo però aggiungere che basterebbe cambiare il punto di vista (guardando l'effetto da chi sta sulla stazione in orbita), accelerare di 38 microsecondi la ripresa fatta sulla Terra,  e vedremmo il filmato girato nella scenografia del simulatore spaziale andare al rallentatore.

E pur si muove... il tempo

Se vedessimo contemporaneamente due proiezioni cinematografiche, apparentemente identiche, rappresentanti una stanza piena di oggetti a prima vista immobili, e ci chiedessero in quale delle due il tempo scorre ed in quale no, la nostra attenzione andrebbe agli oggetti presenti, magari un orologio da tavolo, per poi poter affermare che il film in standby è quello in cui le lancette non si muovono. In effetti anche nella realtà del nostro universo la freccia del tempo è scandita dalla presenza di una continua evoluzione cinetica che chiamiamo entropia: molto spesso si associa al termine entropia anche la parola disordine nel senso che l'evoluzione dell'universo, secondo le teorie più accettate, è stata una ascesa al caos, dal primordiale punto in cui il "tutto" era concentrato, per poi evolversi grazie al big bang in quello che oggi possiamo osservare come una disordinata distesa di vuoto, materia, energia e chissà cos'altro.

Quindi quella che noi percepiamo come freccia del tempo, o meglio scorrere del tempo, è un susseguirsi di interazioni tra le componenti che riempono lo spazio, partendo da quelle invisibili come il campo magnetico, quello gravitazionale, il campo di Higgs (l'ultimo arrivato), fino ad arrivare alla materia vera e propria; un immagine che per esempio tutti abbiamo del tempo che si ferma è quella di un luogo congelato, e non a caso visto che le interazioni a noi più comprensibili sono quelle legate all'energia termica; ma cosa succederebbe se potessimo congelare allo zero assoluto (-273 °C) una stanza, proprio quella del film che guardavamo prima?

Le lancette dell'orologio da tavolo si fermerebbero sicuramente, visto che gli ingranaggi sfruttano l'attrito per propagare il loro movimento, ma se al suo posto ci fosse un orologio atomico, uno di quelli che sfruttano il decadimento radioattivo per calcolare lo scorrere del tempo?

Sicuramente l'orologio atomico (tralasciamo la parte elettronica e considerando un orologio atomico ideale) continuerebbe a funzionare anche se congelato: infatti il defluire del tempo non è influenzato dalla temperatura in alcun modo, mentre sappiamo grazie alla relatività che è influenzato dalla velocità di chi lo sta misurando.

Ricapitolando in due righe la relatività ristretta, sappiamo con certezza dalla teoria di Einstein e da numerose prove sperimentali, che più  un orologio viaggia velocemente e più il tempo per esso scorre lentamente, e che questo rallentamento diventa evidente a velocità prossime a quelle della luce.

Ma torniamo un momento alla stanza ghiacciata: che cos'è che ancora si muove (e quindi permette lo scorrimento del tempo) tra gli oggetti apparentemente immobili? Sicuramente gli elettroni nelle loro nubi elettroniche intorno ai nuclei, certamente i quark tra i gluoni che compongono i protoni, e magari qualcosa di ancora più piccolo all'interno degli stessi: sottratta tutta l'energia termica, l'universo microscopico è ancora vivo e vegeto anche se noi non lo possiamo percepire.

A questo punto sembrerebbe chiaro che se c'è qualcosa che deve rallentare, quando la stanza stesse viaggiando ad una velocità molto elevata, sarebbero proprio gli elettroni e le altre microscopiche particelle che compongono la materia conosciuta: in pratica esiste un sottolivello entropico ancora tutto da scoprire e decifrare.

L'atomo scolastico e quello stocastico

Sfogliando un vecchio libro delle scuole superiori, mi è rimasta impressa l'immagine celeberrima ed inflazionata di un nucleo con le orbite e gli elettroni che gli girano intorno, insomma la rappresentazione che è diventata una icona di ciò che, quasi la totalità degli individui (nel senso di persone e non di indivisibili), pensa sia effettivamente un atomo (nel senso di indivisibile e non di individuo); d'altronde è talmente potente l'analogia con un sistema planetario e con le leggi gravitazionali che lo regolano che è più facile pensare che la fisica del micro e quella del macro siano già belle che unificate, almeno nei nostri pensieri, e che sia più facile insegnare ad un ragazzino un modello semplificato e facilmente comprensibile invece di introdursi tra le pieghe della scienza di confine, quella in divenire, ancora piena di domande e di perché senza risposta.

Io credo invece che la fantasia di un giovane sia più propensa ad assimilare concetti astratti ed a catalogarli meglio di un adulto, e che forse sarebbe opportuno disfarsi progressivamente dell'immagine stereotipata del atomo di Rutherford, che pur ben ai suoi tempi aveva innescato l'escalation alla comprensione del infinitesimamente piccolo. Ma con quale immagine altrettanto rappresentativa possiamo sostituire quella attualmente abusata?

La più "realistica" è sicuramente quella in cui sono visibili le nuvole elettroniche con la loro distribuzione di probabilità, o più semplicemente con lo spazio in cui sarebbe possibile trovare l'elettrone se lo andassimo a cercare (guarda come si crea la nuvola elettronica).
Certo che è un immagine meno affascinante e forse meno impattante di quella di Rutherford ma la realtà a volte non è invitante come la nostra fantasia vorrebbe che fosse;

eppure ci vuole non poca immaginazione per spiegare come l'elettrone si muova in modo casuale all'interno di quelle nuvole di probabilità e per giustificare il fatto che lo faccia per miliardi di anni senza mai cadere sul nucleo atomico o senza scappare lasciandolo per sempre: infatti gli atomi più semplici, quelli che compongono la maggior parte della materia che conosciamo, sono stabili o meglio lo sono da quando sono stati creati dopo il bigbang, e l'uomo non è mai riuscito ad osservare un decadimento per esempio di un atomo di idrogeno.
Quindi siamo alle prese con un "oggetto" in continuo movimento (l'elettrone che sfreccia all'interno degli orbitali) ma che non perde mai la sua energia primordiale per continuare questo balletto quantistico intorno al nucleo: un bel mistero!

La prima legge della natura

I confini della conoscenza non sono mai stati così labili come ai nostri giorni: in un secolo o poco più gli scienziati hanno fatto luce su meccanismi che prima erano solo palpabili a livello filosofico e, pur rimanendo da spiegare molto della natura che ci circonda, la sensazione è che sia solo questione di tempo e di risorse ed altre risposte arriveranno. Fino a che punto possiamo sperare di indagare nel macrocosmo e nel microcosmo? Non si possono conoscere a priori i limiti della ricerca ma si possono prendere in considerazione degli scenari in cui purtroppo le informazioni che servirebbero a dare delle spiegazioni non siano più disponibili all'uomo rendendo vano ogni sforzo: un semplice esempio può essere rappresentato dall'estinzione di un animale avvenuta in un periodo così distante da noi da non permettere neanche ad un osso fossilizzato di giungere ad oggi integro ed impedendo ogni sforzo di ricostruzione a posteriori.

Come ottimamente relazionato da Brian Greene nell'ultima parte del suo spazio al TED di quest'anno, l'impossibilità di reperire informazioni potrebbe avvenire anche a livello cosmologico; supponiamo di vivere in un futuro in cui l'espansione dell'universo abbia allontanato le galassie l'una dall'altra a tal punto che la luce non abbia il tempo di raggiungere il nostro pianeta: vedremmo il cielo praticamente buio (tranne la Via Lattea) e dovremmo presupporre che l'universo sia composto solo dalla nostra galassia (che invece all'epoca attuale sappiamo bene non essere cosa vera).

Sono solo due esempi dei limiti in cui la ricerca dell'uomo può imbattersi nella scalata alla conoscenza del nostro universo, ma un altra spada di damocle pende da sempre sulle teste dei ricercatori: ma come è possibile che le costanti fondamentali che regolano i meccanismi delle leggi fisiche e quindi della natura abbiano dei valori così precisi da permettere l'esistenza di tutto ciò che conosciamo? Se fossero diversi in percentuale anche solo di qualche milionesimo l'universo non potrebbe esistere come lo conosciamo? Gli studiosi ci dicono che l'equilibrio perfetto in cui l'universo si trova attualmente è talmente delicato che sembra effettivamente improbabile che sia del tutto casuale: non ci resta che teorizzare un intervento divino?

Senza entrare nei meandri del rapporto tra scienza, fede e teologia, sarebbe meglio estendere alcuni concetti scientifici e scoperte, ormai date per assodate (tranne per i creazionisti più ottusi), all'universo intero ed alle leggi che lo regolano; se infatti le prove dell'evoluzionismo sono inconfutabili per la comunità scientifica, possiamo pensare che la natura abbia intrinseca come sua regola fondamentale quella della continua ed infinita reiterazione di tentativi, con innumerevoli variazioni, che hanno portato a livello biologico il prosperare delle più svariate forme di vita sulla terra, mentre a livello macroscopico possiamo osservare l'infinita varietà di sistemi stellari e galattici.

Ed a livello microscopico? Dalla scoperta della prima particella fondamentale, l'elettrone, i ricercatori hanno assistito, nell'esplorazione, al proliferare di una enorme varietà di mattoncini, a tal punto da denominarla "zoo delle particelle", e ci sono voluti decenni per mettere ordine in un caos che sembrava insensato; in realtà la materia che ogni giorno abbiamo sotto gli occhi è composta solo da tre di questi pezzettini fondamentali (elettrone, quark up e quark down) ma ciò nonostante la natura contempla l'esistenza di altri inutili pezzettini, di un po' di antimateria, con ogni probabilità delle particelle super-simmetriche (che per ora sono pero solo teorizzate), della materia oscura e dell'energia oscura. Non è forse realistico pensare che anche nel microcosmo la natura segua l'unica legge fondamentale, quella di creare la più grande varietà possibile di oggetti, per poi tentare ogni combinazione che possa risultare stabile e che permetta a sua volta un evoluzione? Se così fosse avrebbe anche senso il principio antropico, secondo il quale tutta la perfezione che osserviamo è tale solo per il fatto che noi esistiamo ad osservarla, e quindi anche l'uomo è il frutto di una infinita serie di tentativi che la natura ha dovuto sperimentare per cercare di raggiungere un livello evolutivo più elevato: per dirla in poche parole credo fermamente che tutto ciò che osserviamo sia il risultato del caos e non di un progetto intelligente, e che il disordine sia l'unica fondamentale legge della natura. No disordine = No evoluzione.

Un bosone per caso

E' stato un caso fortuito quello che mi ha coinvolto emotivamente alla notizia che era stata scoperta una particella con caratteristiche molto simili a quelle del ricercatissimo bosone di Higgs: fantastici bosoni, oggetti sconosciuti ai più, che hanno avuto la loro ribalta questa estate su tutti i media per poi tornare nell'oscurità poco dopo.

Tutto è ricominciato un paio di anni fa dopo una pausa di quasi 20 anni, perché tanto è il tempo trascorso dall'ultima lezione di fisica al politecnico, e come succede spesso il caso ha voluto mettermi innanzi alla realtà che mi sono nascosto per lungo periodo, o meglio che ho utilizzato per mio comodo ma che avevo svuotato dalla passione primordiale: io adoro la fisica.

Certo, nel mio lavoro le conoscenze di chimica, meccanica, idraulica sono sempre state utili, ma un fatto è utilizzare qualche formuletta da applicare pedestremente un altro è appassionarsi alla vicende della ricerca attuale e soprattutto a quelle della storia della fisica.

Molte volte mi son chiesto che cosa sarebbe cambiato se durante i miei anni dell'apprendimento (e non è passato un secolo) ci fossero stati i mezzi tecnologici attuali, soprattutto youtube con i video ed i corsi più disparati: sono ormai disponibili online laboratori virtuali e raccolte di video di professori di tutto il mondo, fino ad arrivare a veri e propri portali che raccolgono una grande quantità di risorse in rete veramente complete ed interessanti.

In questa realtà in evoluzione, sembrerà un assurdo, i video che hanno riattizzato il mio interesse sono dei vecchi documentari realizzati negli USA credo negli anni '60, dei piccoli capolavori di divulgazione scientifica: celebri professori dell'epoca spiegano con esperimenti pratici di laboratorio come funzionano le leggi della natura, utilizzando strumenti che forse ancora oggi si trovano di rado nelle aule sperimentali delle scuole superiori italiane.

Quindi la mia domanda sull'evoluzione dell'apprendimento negli ultimi decenni sarebbe frettolosamente archiviata notando che da sempre esistono i buoni insegnanti e già dal dopoguerra la divulgazione di massa, peccato che entrare in contatto con queste due realtà (non dico contemporaneamente) ha rappresentato molte volte una probabilità troppo piccola per essere considerata come uno standard scolastico; allora la considerazione da fare è che finalmente e potenzialmente tutti possono accedere al meglio dell'insegnamento, vedere le lezioni dei migliori professori al mondo, interagire mettendo a disposizione le proprie conoscenze, selezionare la tipologia di apprendimento che meglio riusciamo ad assimilare, insomma possiamo creare una scuola su misura per ogni individuo. Questo cambiamento potrebbe spaventare le istituzioni scolastiche che con la loro struttura centenaria assomigliano più a dei ministeri che a luoghi di scambio ed evoluzione culturale, ma la società progredisce a suon di rivoluzioni e la sfida è sempre la stessa: cambiare velocemente od essere sostituiti, spazzati via dal vento nuovo.

novità da RCE

Salve,
ecco alcune delle notizie e delle nuove risorse disponibili:


Trovare la tariffa per gas e luce più conveniente
http://www.rceenergia.com/1/post/2011/03/risparmiare-sulle-bollette-forse-si-pu.html

Per i possessori di impianti solari termici: consigli utili
http://www.rceenergia.com/1/post/2011/05/pannelli-solari-termici-faq-le-domande-pi-frequenti-sul-funzionamento.html

Per i possessori di impianti solari fotovolataici: azzerare le bollette
http://www.rceenergia.com/1/post/2011/05/fotovoltaico-azzerare-le-bollette-non-e-semplice.html

Per chi gestisce impianti di riscaldamento con valvole termostatiche
http://www.rceenergia.com/1/post/2010/12/quando-le-valvole-termostatiche-non-funzionano.html

Per chi deve installare una caldaia a condensazione
http://www.rceenergia.com/1/post/2010/04/caldaie-a-condensazione-errori-di-installazione.html

A presto con altre novità

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R.C.E. consulenze energetiche
www.rceenergia.com

Nuovo post e buon anno

Ciao,
colgo l'occasione per augurarvi buone feste e se l'argomento vi interessa leggete l'ultimo articolo sul mio blog

http://www.rceenergia.com/blog.html

Piero Roello
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