Einstein (in love)

Di buono c'è stato che, per una volta, una fiction RAI aveva come protagonista uno scienziato. Per il resto, mi pare che il sintetico giudizio di Antonio Dipollina su Repubblica dia la misura dell'occasione persa:

"Più che la teoria della relatività, quella delle relazioni. L'"Einstein" firmato da Liliana Cavani e appena passato su Raiuno paga un tributo spropositato alla pessima immagine della fiction italiana: il guaio è che più se ne pensa male, più si ricevono prove in tal senso. [...] "Einstein" ha lo spessore della carta velina e l'intarsio di una soap americana. Per arrivare un po' al dunque - i micidiali destini del mondo, la luce che viaggia, i nazisti, l'atomica - tocca sorbirsi una sarabanda chilometrica sul cosiddetto lato umano, che somiglia in maniera drammatica a quello di tuo cugino, o del vicino del piano di sotto."

Com'è andata

Avrei voluto fare un resoconto della lezione in piazza di ieri, ma non ho avuto molto tempo. E a questo punto, oltre a ringraziare di cuore tutti quelli che hanno dato un appoggio diretto o indiretto, mi limito a segnalare quello che hanno scritto altri blogger presenti.

(Poi mi hanno chiamato da Condor, e qualcosa l'ho raccontata lì. Chi avesse perso la puntata può rifarsi, come al solito, col podcast.)

Lezioni in piazza

Domani, un gruppo di docenti della facoltà di Scienze di Tor Vergata (tra cui il titolare di qui) farà lezione in Largo Appio Claudio a Roma (si arriva comodamente in Metro A, fermate Subaugusta o Giulio Agricola). Io racconterò come due giovani ricercatori, una quarantina di anni fa, trovarono la prova del Big Bang. Iniziamo alle 10. (Se passate a salutarmi mi fa piacere.)

The dark side of the moon

Dopo aver riascoltato il podcast di Condor, mi sono accorto che c'è da fare una piccola precisazione terminologica rispetto a quello che diceva Matteo (in diretta ero distratto e non l'ho corretto). Non si dovrebbe parlare di "lato oscuro" o "lato buio" della Luna, ma più propriamente solo di "lato nascosto". Come ho detto in trasmissione, la Luna mostra a noi sulla Terra sempre la stessa faccia (perché compie un giro sul suo asse più o meno nello stesso tempo che impiega a fare un giro intorno alla Terra). Ma ovviamente anche la faccia nascosta viene illuminata periodicamente dal Sole (il giorno lunare dura in media un po' più di 29 giorni). Sì, lo so: molti, soprattutto in inglese, dicono comunemente "lato oscuro" della Luna (inclusi i Pink Floyd) e uno non ci fa troppo caso, ma la terminologia è inaccurata e si dovrebbe dire "lato nascosto".

(Oh, poi basta, che non so se riesco a trovare ogni volta un riferimento musicale alla Luna per il titolo del post.)

Walking on the moon

L'altro giorno, a Condor, Luca e Matteo mi hanno chiesto (a sorpresa) se la prima impronta del piede di Neil Armstrong sulla Luna ci sia ancora. Come dicevo, nessuno è riandato a controllare di persona, ma dovrebbe essere proprio così. Sulla Luna non c'è atmosfera (non solo per la bassa gravità, ma anche per l'assenza di meccanismi di produzione di gas, come l'attività vulcanica) quindi nessun fenomeno di erosione può alterare la conformazione del suolo lunare. La NASA in effetti afferma che le impronte degli astronauti potrebbero resistere per milioni di anni. L'unica cosa che potrebbe cancellarle è l'impatto di un meteorite (alquanto improbabile, non perché gli impatti non avvengano, ma perché la probabilità di colpire esattamente una certa zona circoscritta è bassissima).

Poi però qualcuno si è chiesto se in successive missioni Apollo gli astronauti possano avere involontariamente cancellato l'impronta passeggiandoci sopra. Questo è da escludere, in quanto le altre missioni sono allunate in posti completamente diversi (e comunque gli astronauti avrebbero fatto molta attenzione a non alterare la scena del primo allunaggio). Infine, ci si potrebbe chiedere se, quando il modulo Eagle ha lasciato il suono lunare per riportare Aldrin e Armstrong sul modulo di comando in orbita, il getto dei propulsori possa aver spostato la polvere cancellando l'impronta. Anche questo sembra improbabile perché, di nuovo, la mancanza di atmosfera fa sì che la polvere venga sollevata solo nella zona direttamente investita dal getto del gas e non resti in sospensione (e la scaletta di discesa era in una posizione piuttosto decentrata, come si vede dalle foto). Per avere un'idea, qui c'è un video del decollo del modulo nella missione Apollo 15.

Invece, un fatto curioso che molti ignorano è che la bandiera americana piantata nel corso della missione Apollo 11 fu in effetti divelta quando il modulo lasciò la Luna (qui si possono leggere le parole di Aldrin: "Ero concentrato sui computer, e Neil stava studiando l'indicatore di posizione, ma ho guardato abbastanza a lungo da vedere la bandiera cadere"). Ma, quella prima volta, la bandiera fu piantata molto vicina al modulo e in modo un po' malfermo. (Ancora Aldrin: "durante una pausa nell'esperimento, Neil suggerì di piantare la bandiera. Dovemmo farlo in due e fu un mezzo disastro. Come ogni altra cosa, anche le pubbliche relazioni hanno bisogno di pratica. [...] Ero terrorizzato dalla possibilità che la bandiera americana collassasse nella polvere lunare davanti alle telecamere.") Nelle missioni successive le cose andarono meglio. (Qui si vede bene come, quando il modulo dell'Apollo 14 lascia la Luna, la bandiera ondeggia paurosamente ma resta ancorata al suolo.)

In ogni caso, visto il rinnovato interesse per l'esplorazione lunare, il problema di come si possano preservare gli artefatti di interesse storico lasciati dall'uomo sulla Luna comincia a suscitare una certa attenzione.

Un utile promemoria

Mi sono preparato un elenco di cifre da sciorinare la prossima volta che qualcuno, col ditino alzato, farà la solita domanda "ma tutti questi soldi spesi per la ricerca non si potrebbero dedicare a qualcosa di più utile?" (il sottinteso è che gli scienziati, in fondo, sono giocherelloni a cui piace spendere carrettate di denaro pubblico per scopi inutili: chi fa la domanda, invece, lui sì che saprebbe cosa farci con tutti quei soldi).
Niente di nuovo, per carità: tutte cifre che si trovano facilmente in giro (ho messo un link con le fonti accanto a ogni voce), ma a me fa comodo averle una vicina all'altra. Eccole:

• spesa complessiva per la realizzazione del Large Hadron Collider (LHC): 6 miliardi di euro (di cui 720 milioni di euro di contributo italiano) [1]
  
• spesa annuale per astrologi e maghi in Italia: 6 miliardi di euro [2, *]
  
• spesa per 1 giorno di guerra in Iraq: 720 milioni di dollari (ovvero 530 milioni di euro) [3]
  
• spesa per una missione spaziale di classe media dell'Agenzia Spaziale Europea (da ripartire tra gli stati membri): 300 milioni di euro [4]
  
• spesa per la costruzione di 15 chilometri di autostrada in Italia: 300 milioni di euro [5]
  

Da dove viene la vita?

Quello dell'origine della vita è uno dei grandi problemi irrisolti della scienza. A dispetto di una convinzione diffusa, i passi che hanno portato dal non vivente al vivente sono a tutt'oggi ancora poco chiari: nonostante si conoscano sempre meglio i meccanismi biochimici e gli ingredienti fondamentali della vita, siamo ancora ben lontani dal capire nel dettaglio come, dal livello atomico e molecolare governato da semplici leggi fisiche, si sia passati a organismi autoreplicanti che quelle leggi, talvolta, danno l'illusione di aggirarle. La difficoltà principale, finora insormontabile, è che abbiamo un solo caso di studio, la vita sulla Terra, e scarse possibilità di ricostruire le condizioni iniziali all'origine del fenomeno, ormai cancellate da miliardi di anni di evoluzione.

Negli ultimi anni si sono delineate due scuole di pensiero sul problema: una, quella classica che potremmo far risalire a Jacques Monod, vede nell'origine della vita sulla Terra la manifestazione di un caso incredibilmente improbabile, il frutto di una serie di coincidenze virtualmente irripetibili; l'altra, incarnata da Christian de Duve, sostiene che l'emergere della vita sia una conseguenza necessaria delle leggi dell'universo, un evento che si verifica facilmente ogni volta che esistano le condizioni adatte. Le differenze tra le due posizioni, anche per quanto riguarda le loro implicazioni etiche e filosofiche, sono radicali e, forse, l'unico modo per metterle davvero alla prova è rivolgere lo sguardo fuori dalla Terra. Se ha ragione Monod, le speranze di trovare vita in altri posti nell'universo sarebbero scarsissime; se invece la visione corretta è quella alla de Duve, l'universo dovrebbe pullulare di forme di vita. Avere la prova che la vita abbia avuto origine in modo indipendente in almeno un altro posto nel sistema solare (o su un pianeta intorno a un'altra stella) avrebbe perciò conseguenze straordinarie, e farebbe pendere la bilancia verso una visione in cui l'universo è essenzialmente bio-amichevole.

Il libro di Paul Davies "Da dove viene la vita" è un buon resoconto divulgativo del problema dell'origine della vita visto in un contesto cosmico. Ci si ritrovano accenni a tutti i grandi temi della ricerca degli ultimi decenni, dalla scoperta degli organismi estremofili alla ricerca di vita su Marte. Quando si arriva all'ultimo capitolo, si capisce chiaramente che Davies propende verso una posizione alla de Duve. Ma, nonostante quello che molti (incluso il sottoscritto) potranno considerare un salto in avanti speculativo, il libro resta una buona lettura per chi vuole una visione introduttiva ragionevolmente completa e senza troppi tecnicismi.

Il prezzo della ricerca

"La ricerca di base può sembrare molto costosa. Sono uno scienziato ben pagato. Il mio salario orario è lo stesso di un idraulico, ma talvolta la mia ricerca resta priva di risultati per settimane, mesi o anni, e la coscienza comincia a rimordermi perché sto spendendo i soldi dei contribuenti. Ma nel riconsiderare il lavoro di una vita, ritengo che il suo costo non sia andato sprecato. La ricerca di base, a cui dobbiamo tutto, è relativamente molto economica se confrontata con altre voci di spesa della società moderna. L'altro giorno ho fatto un calcolo grossolano, che mi ha portato a concludere che se uno sommasse tutto il denaro mai speso dall'uomo per la ricerca di base, troverebbe che sarebbe più o meno uguale alla somma spesa dal Pentagono l'anno passato."

— Albert von Szent-Györgyi (1893-1986). Premio Nobel per la medicina 1937.
(Da "The Crazy Ape", 1971)

Batteri coraggiosi

Per chi si interessa alla ricerca di forme di vita fuori dalla Terra, una delle grandi novità degli ultimi anni è stata la scoperta di organismi che prosperano in ambienti un tempo ritenuti sterili — in condizioni di altissime o bassissime temperature, in ambienti molto acidi o in presenza di radiazioni, a pressioni mostruose e in assenza totale di luce. L'esistenza di questi estremofili, cioè di forme di vita che vivono benissimo in ambienti inospitali qui sulla Terra, ha aumentato le aspettative che organismi simili possano essersi sviluppati altrove nel Sistema Solare, in posti che sulle prime sembrerebbero completamente ostili, come Marte o le lune di Giove e Saturno.

In questi giorni, gli astrobiologi sono in fibrillazione perché è stata fatta una scoperta ancora più sorprendente: in una miniera in Sudafrica, in una spaccatura nel sottosuolo a quasi tre chilometri di profondità, in una nicchia a 60 gradi centigradi priva di luce e ossigeno e completamente isolata dal resto del mondo, è stata scoperta una colonia di batteri, che è stata denominata Audaxviator ("viaggiatore coraggioso", dalla frase da cui prende il via il "Viaggio al centro della Terra" di Verne). Fin qui, niente di particolarmente nuovo: si tratterebbe di una colonia di estremofili come ne esistono molte altre. La cosa intrigante, però, è che la specie scoperta è l'unica presente in quel determinato ambiente. In pratica, la comunità di batteri è completamente autosufficiente: trae l'energia necessaria al metabolismo dal decadimento radioattivo dell'uranio presente nelle rocce e costruisce completamente in proprio tutte le proteine e gli amminoacidi necessari all'attività biologica. Il tutto, sembrerebbe, è andato avanti tranquillamente per almeno tre milioni di anni.

Se si aggiunge che in molti sospettano che la vita sulla Terra potrebbe avere avuto origine proprio nel sottosuolo, in ambienti molto simili a quello dove vive Audaxviator, si capisce che questo crea prospettive interessanti perché la stessa cosa possa essere avvenuta altrove nel Sistema Solare. E, magari, che forme di vita primitive di questo tipo possano tuttora esistere in ambienti simili su altri pianeti o satelliti.

Gli ascoltatori

Di libri di fantascienza dedicati al primo contatto con una civiltà extraterrestre ne esistono moltissimi. Tra quelli che hanno tentato di dare un'idea realistica di come questo scenario del tutto ipotetico potrebbe realizzarsi in pratica, il più celebre è probabilmente "Contact" di Carl Sagan, che si basava pesantemente sull'esperienza scientifica dell'autore (qualche tempo fa avevo parlato del libro di Hoyle "La nuvola nera" che, pur molto diverso nella sostanza, condivide con "Contact" il fatto di essere stato scritto da uno scienziato e l'attenzione alla plausibilità scientifica). "Gli ascoltatori", del 1971, ripubblicato per Urania Collezione a settembre, è per molti versi simile a "Contact" ma, sorprendentemente, è di un realismo ancora più estremo. Scritto nel periodo di massimo entusiasmo per i progetti di tipo SETI, e infarcito di citazioni scientifiche dei massimi esperti del campo, è tuttavia percorso da uno stato d'animo malinconico che diventa quasi tragico verso il finale. Non è un capolavoro, ci sono ingenuità nella costruzione dei personaggi e qualche lungaggine di troppo. Ma il senso di solitudine di un'umanità confinata su un pianeta sperduto nel cosmo — e che, anche nel più ottimistico dei casi, può solo sperare in una comunicazione faticosa e che richiede tempi lunghissimi — è reso benissimo.

Wall-E

Tra pochi giorni esce al cinema Wall-E. Per chi ama i film di animazione in generale, e quelli della Pixar in particolare, non c'è bisogno di raccomandarlo. Ma per tutti gli altri, sappiate che è una fiaba fantascientifica che racconta la storia d'amore tra un robot spazzino (rimasto solo sulla Terra dopo che gli umani l'hanno abbandonata) e una specie di iPod intelligente; e la racconta citando ripetutamente il Kubrick di "2001" (e, in generale, parecchia fantascienza classica), tirando in ballo nientemeno che un'astronave generazionale, satireggiando con leggerezza sullo sfruttamento selvaggio del pianeta e sullo stile di vita occidentale, il tutto con dialoghi quasi inesistenti e momenti di sfolgorante bellezza visiva. E la sigla di coda è un inedito di Peter Gabriel. Non è poco.

Pasticcio a Stoccolma

Insomma, a 24 ore di distanza, mi pare che il miglior tentativo di spiegazione del mezzo papocchio combinato dal comitato dei Nobel, con la stramba esclusione di Nicola Cabibbo dal gruppo dei premiati per la fisica, l'abbia dato Giorgio Parisi (potete ascoltarlo qui). Che, senza buttarla sul complottismo e sulla storia degli "italiani contro il resto del mondo", dipinge un quadro più plausibile, con i membri del comitato che si incartano tra il volere a tutti i costi dare il riconoscimento a due argomenti diversi (forse anche in ossequio a una qualche legge non scritta di alternanza tra premi a fisici teorici e sperimentali) e il fatto di non poter premiare più di tre persone, finendo per fare una scelta piuttosto illogica. Dal che si capisce (se non lo si era già capito) che certe decisioni non piovono quaggiù da un mondo iperuranio, lontano dalle pochezze umane, ma vengono prese da persone che, come tutti noi, ogni tanto prendono delle cantonate.

I Nobel per la Fisica 2008

Per un caso di fortuito tempismo (no, purtroppo non ho doti di preveggenza, né agganci nel comitato del Nobel) mi ritrovo facilitato nel compito di commentare il premio Nobel per la Fisica 2008, che è stato appena assegnato per metà a Yoichiro Nambu, per la scoperta del meccanismo di rottura spontanea di simmetria, e per l'altra metà a Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa per la scoperta di uno dei modi in cui la rottura di simmetria si manifesta in natura, attraverso la produzione di tre famiglie di quark. Infatti, il meccanismo di rottura spontanea di simmetria ideato da Nambu, è, tra le altre cose, alla base del meccanismo di Higgs di cui si era parlato qui meno di un mese fa. Kobaiashi e Maskawa, invece, hanno previsto che l'interazione debole potesse violare la simmetria CP, e di questo si era detto qui l'altro giorno, a proposito dell'asimmetria tra materia e antimateria.

La rottura spontanea di simmetria è un'idea straordinaria che ha innumerevoli applicazioni in fisica, e non è sorprendente che a Stoccolma si sia deciso di riconoscerne l'importanza. L'idea che simmetrie esistenti ad alte energie, nell'universo primordiale, siano state violate con il passare del tempo, all'abbassarsi della temperatura, è alla base del modello standard delle interazioni fondamentali e del modello cosmologico standard. Il fatto di vivere in un universo a bassa energia ci fa sembrare che il comportamento dei sistemi fisici sia governato da quattro interazioni fondamentali diverse (l'interazione elettromagnetica, quelle nucleari forte e debole, e quella gravitazionale) ma esse diventano in realtà un'unica interazione a energie più alte (come questo avvenga per l'interazione gravitazionale non è ancora ben compreso). Il premio può forse anche essere visto come una strizzata d'occhio all'imminente avvio di LHC, visto che lì si metteranno alla prova proprio ipotesi collegate alla rottura spontanea di simmetria e all'asimmetria tra materia e antimateria.

L'argomento meriterebbe un approfondimento in un post a parte: intanto, per chi legge l'inglese, consiglio l'ottima introduzione sul sito della fondazione Nobel.

Qualcosa piuttosto che niente, ovvero la strana asimmetria tra materia e antimateria

Ogni particella elementare ha un doppio, una particella identica ma speculare, una specie di negazione di se stessa che ha la stessa massa ma carica elettrica opposta: un'antiparticella. Per esempio, l'antiparticella dell'elettrone, il positrone, è identica all'elettrone ma ha carica elettrica positiva. Quando una particella e la propria antiparticella si incontrano, si cancellano a vicenda: spariscono nel nulla generando l'energia corrispondente alle loro masse, secondo la famosa formula di Einstein E=mc². (La produzione di energia è talmente efficiente che se mettete insieme abbastanza materia e antimateria potete far andare i motori dell'Enterprise di Star Trek. Peccato che la produzione di un milligrammo di antimateria costi 300 miliardi di dollari e che gestirla - in un mondo fatto di materia - sia un tantino complicato.)

Nell'universo primordiale, le energie erano così alte che poteva anche succedere il contrario: coppie di particelle e antiparticelle venivano create in continuazione dal nulla, spontaneamente. A un certo punto, però, l'energia nell'universo è diminuita al punto che le coppie potevano solo cancellarsi a vicenda, senza che se ne creassero di nuove. Circa un secondo dopo il Big Bang, c'è stata una generale annichilazione, un'ecatombe di particelle e antiparticelle. E a questo punto è successo qualcosa di strano.

Per ogni miliardo di coppie, c'era una particella di materia spaiata, che non ha trovato un doppio con cui cancellarsi. A questa lieve asimmetria dobbiamo la presenza di tutta la materia nell'universo e quindi la nostra stessa esistenza. (La radiazione prodotta nell'obliterazione delle coppie è andata a formare l'onnipresente fondo cosmico). Il motivo esatto dell'asimmetria, però, ancora ci sfugge. Ci aspetteremmo che le leggi della fisica non cambino quando si effettuano alcune operazioni di simmetria fondamentali; ma non è così. Per esempio, se cambiamo il segno delle cariche di tutte le particelle (un'operazione detta coniugazione di carica, che si indica col simbolo C) le interazioni gravitazionali, elettromagnetiche e nucleare forte restano invariate, ma l'interazione nucleare debole manifesta un'asimmetria. Lo stesso accade quando si cambia il segno di tutte le coordinate spaziali; un po' come se guardassimo il mondo in uno specchio, ma scambiando anche alto e basso (un'operazione detta parità, che si indica col simbolo P). Anche in questo caso, l'interazione nucleare debole è asimmetrica, e sa distinguere la destra dalla sinistra.

Il fatto che noi siamo fatti di materia piuttosto che di antimateria, e soprattutto che nell'universo ci sia qualcosa invece che soltanto un mare di energia, deve essere dovuto, tra le altre cose, alla simultanea violazione delle simmetrie C e P nell'universo primordiale. Nonostante la violazione di CP sia stata osservata sperimentalmente, ancora una volta limitatamente all'interazione debole, questa violazione è talmente piccola che la corrispondente asimmetria tra materia e antimateria spiegherebbe l'esistenza soltanto di una minuscola parte di tutta la materia osservata nell'universo. E sebbene siano state fatte diverse ipotesi alternative, nessuna di queste ipotesi è stata ancora verificata in laboratorio.

Un fatto che diamo per scontato, come l'esistenza della materia nell'universo, è quindi un mistero che per ora la fisica non sa spiegare.