Carnevale della fisica

È arrivato il numero 12. Il tema è "Didattica", e lo ospita Annarita Ruberto su Scientificando.

Mondi paralleli

"C'è un universo in cui Huckleberry Finn è una persona reale, e fa le stesse cose che Mark Twain gli fa fare nel suo libro. Ci sono in realtà infiniti universi in cui un certo Huckleberry Finn fa ogni possibile variante di quello che Mark Twain avrebbe potuto attribuirgli. Quali che fossero le varianti, importanti o meno, che Mark Twain avesse voluto apportare nello scrivere il suo libro, esse sarebbero state comunque vere."

Se l'universo fosse infinito, allora qualunque evento non vietato dalle leggi della fisica potrebbe avvenire prima o poi da qualche parte. Forse, al di là dell'orizzonte del nostro universo, sono esistiti o esisteranno davvero un Huckleberry Finn, o una Anna Karenina, o un signor Pickwick. È roba da diventarci matto, a pensarci. Poi, uno bravo potrebbe fare profonde riflessioni sul fatto che ogni storia inizia con la domanda "Cosa succederebbe se...?", e quindi ogni volta che leggete un libro o vedete un film state leggendo o vedendo una storia ambientata in un universo parallelo — cosa che, se non amate la fantascienza, potrebbe disturbarvi.

Ma qui ci piace lasciare le cose leggere, quindi mi limito a dire che la frase di sopra l'ho trovata in un libro che ho riletto da poco e che si chiama Assurdo universo (What mad universe). È del 1949, l'ha scritto Fredric Brown, ed è un po' il capostipite di tutti le fantasie moderne sugli universi paralleli. È molto divertente, c'è dentro tutto il mondo delle riviste pulp dell'epoca, e soprattutto c'è una realtà alternativa in cui l'umanità ha trovato il modo di viaggiare istantaneamente da un punto all'altro dello spazio grazie alla scoperta casuale di uno scienziato che lavorava sulla macchina da cucire della moglie. Somiglia molto a un film che è uscito venticinque anni fa esatti, in cui il protagonista finiva per sbaglio in una realtà diversa dalla sua e doveva trovare un modo per tornare indietro ("il flusso canalizzatore!"), possibilmente senza alterare troppo le cose nell'universo di partenza. Ah, in quel film, c'era anche un genio squinternato che si chiamava Doc Brown: come direbbe mister Giacobbo, sarà solo una coincidenza? Comunque, io quel film stasera me lo riguardo.

Illusioni in movimento

New Scientist pubblica una galleria di notevoli illusioni ottiche in movimento. Il video qui sopra è dello stesso autore della migliore illusione del 2010. (Anche le altre non sono male, ma se non avete paura di sperimentare una sorta di cecità momentanea, consiglio soprattutto questa.)

Quanto è grande l'universo?

Facciamola breve: non lo sappiamo. Potrebbe essere infinito, oppure no. Quello che sappiamo, però, è che noi possiamo guardare soltanto fino a una certa distanza. L'universo, cioè, ha un orizzonte. E l'orizzonte c'è per una ragione molto semplice: la luce, che viaggia con una velocità finita, ha avuto solo un intervallo di tempo finito per propagarsi, ovvero quello trascorso dal big bang a oggi.

Bene. Allora, visto che l'universo ha circa 13,7 miliardi di anni, possiamo semplicemente concludere che il "bordo" dell'orizzonte - la regione più distante che possiamo osservare - si trova a 13,7 miliardi di anni-luce? È questo il raggio dell'universo osservabile?

No. Le cose sono un po' più complicate. Che cosa significa misurare una distanza? La risposta sembra ovvia: significa valutare la separazione tra due punti nello spazio. Ma c'è una condizione che nella vita quotidiana non teniamo presente, perché nella maggior parte dei casi viene naturale: la separazione fra i due punti va misurata nello stesso istante di tempo. Se uso un righello, ho tutto a portata d'occhio, e la cosa è banale. Ma se voglio misurare la distanza tra due treni che si allontanano fra loro, devo anche specificare quando va fatta la misura.

Questa condizione, che sembra ovvia, rende le cose poco intuitive quando viene calata nel contesto di un universo che si espande. Diciamo di voler misurare la distanza tra due punti A e B molto lontani. Il nostro unico righello per unire fisicamente i due punti è la luce. La luce parte da A, e dopo un tempo T arriva a B. Nel mondo "normale", la distanza tra i due punti sarebbe semplicemente data dal tempo T moltiplicato per la velocità della luce. Chiamiamo questa distanza D. Se T è un tempo di 13,7 miliardi di anni, la distanza D è di 13,7 miliardi di anni-luce. Sembra tutto facile. Ma l'universo è strano, e lo spazio si espande. Nel tempo che la luce impiega per coprire metà del percorso tra A e B, la distanza tra A e B aumenta. E nel tempo che impiega per coprire metà della strada restante, la distanza aumenta ancora. E così via. Quando finalmente la luce arriva nel punto B, quindi, il punto A si trova più lontano della distanza che otterremmo moltiplicando semplicemente T per la velocità della luce, ovvero di D. Il risultato corretto non si può ottenere senza usare il calcolo integrale. Inoltre, per fare il calcolo dobbiamo anche sapere quanto velocemente si espande l'universo, e se l'espansione accelera o decelera. Comunque, mettendo insieme tutto quanto, viene fuori che la regione osservabile di universo è più grande di 13,7 miliardi di anni luce. Per quello che ne sappiamo oggi, dovrebbe essere intorno ai 50 miliardi di anni luce di raggio (e quindi un centinaio di miliardi di anni luce di diametro).

Un'ultima cosa. Quando si prova a visualizzare tutto questo, una delle cose che crea confusione è che si pensa al big bang come a un'esplosione che ha sparato tutta la materia all'infuori, cosicché la dimensione dell'universo sarebbe quella data dalla distanza percorsa dalle "schegge" più esterne. Come potrebbero esserci, allora, punti dell'universo fuori dell'orizzonte? Domanda legittima, ma che ha origine da un modo sbagliato di vedere le cose, perché il big bang non è stata un'esplosione. Per quello che ne sappiamo, l'universo può essere stato infinito fin dall'inizio. Il fatto che l'universo si espande significa semplicemente che la distanza tra due punti qualunque aumenta con il tempo. Ai fini pratici, quello che possiamo dire è che la regione di universo osservabile è finita, anche se molto grande. Quello che c'è fuori, letteralmente, lo ignoriamo.

A proposito di ebook

Ieri, prendendo spunto da alcune cose che ha scritto Alessandro Bonino, Paolo Nori si lamentava della versione elettronica del suo ultimo libro. Per chi non fosse addentro alle questioni che ruotano attorno al nuovo mercato degli ebook, ci sono almeno un paio di problemi. Uno è quello del prezzo, che per diverse ragioni si vorrebbe inferiore a quello dell'edizione cartacea. L'altro è quello dei famigerati DRM, le protezioni che gli editori o i venditori applicano ai file per scoraggiare la pirateria, con il frequente risultato di creare più problemi al legittimo proprietario che ai pirati. Tanto per dirne una, i DRM applicati da molte case editrici italiane rendono per il momento impossibile la lettura dei loro ebook su iPad e Kindle (che è un po' come fare un software che non gira né su Mac né sotto Windows).

Be', niente, volevo dire che Seconda stella a destra è disponibile anche in ebook sui principali negozi online (per esempio su Simplicissimus, su BOL e su IBS). Costa molto meno dell'edizione cartacea, e non ha il DRM. Per cui, bravi a quelli di De Agostini.

(Poi, mentre ero lì che guardavo, mi sono accorto che in questi giorni anche per l'edizione cartacea si risparmia il 20% sia su BOL che su IBS.)

Domani

Domani (mercoledì 20 ottobre) alle 18, sono alla libreria Melbookstore di Roma, assieme a Luca Sofri, per presentare "Seconda stella a destra", il libro sulle vite degli astronomi. Ci vediamo lì.

Una postilla

Ieri non l'ho detto, ma la cosa che si avvicina di più alla versione moderna di "Potenze di dieci" che mi piacerebbe vedere è la sequenza iniziale di Contact.

Potenze di dieci

Molti di voi, soprattutto i meno giovani, avranno già visto chissà quante volte "Powers of Ten". Era un filmato di una decina di minuti realizzato nel 1968, e a sua volta ispirato a un libro fotografico del 1957. Partendo da una scena familiare la macchina da presa faceva una carrellata all'indietro, in modo che ogni dieci secondi la regione inquadrata avesse un lato dieci volte più grande. Potenze di dieci, appunto. Da un metro fino a cento milioni di anni luce (circa 24 ordini di grandezza). Poi si ripartiva al contrario, con uno zoom sempre più profondo, arrivando a dieci alla meno sedici metri, un decimo della scala di un protone.

A me, quando lo vidi la prima volta, da ragazzino, fece molta impressione. Eravamo più ingenui, certo, e meno abituati a sofisticate animazioni computerizzate. Ma rivedendolo adesso, dopo una trentina d'anni, mi sembra che si difenda ancora piuttosto bene. Mi sorprende un po', però, che nessuno si sia mai preso la briga di farne una versione moderna, viste le possibilità grafiche attuali. Magari riempiendo qualche vuoto e aggiornando la parte scientifica (sul sito ufficiale c'è qualche aggiunta, ma il filmato vero e proprio è ancora quello dell'ultima distribuzione, del 1977).

Per esempio, perché fermarsi a cento milioni di anni luce? La scala dell'universo osservabile è di un centinaio di miliardi di anni luce, e oggi sappiamo molto di più sul modo complicato in cui si distribuiscono le galassie alle scale in cui si interrompeva il filmato originale. E su scale microscopiche sappiamo che ci sono i quark, cosa che all'epoca era solo ipotizzata (e però la visualizzazione delle cose piccole è molto più complicata da rappresentare, per via del principio di indeterminazione e compagnia bella).

Sul confine

Ok. Ci è voluto un po' (una stagione e mezza, più o meno), ma alla fine mi sono fatto prendere da Fringe.  All'inizio la formula mi sembrava un po' scontata, le puntate erano costruite col sistema del procedural drama alla CSI — che non mi ha mai entusiasmato — e mi mancavano la serialità estrema, gli intrecci complessi e il cast ricco di altre serie come Lost. E la puntata pilota, diciamolo, era piuttosto debole. Ma piano piano il tutto acquista una sua identità, i sottoplot si organizzano in una trama strutturata, e soprattutto escono fuori le storie e i caratteri dei personaggi. Merito soprattutto di John Noble, attore finora semisconosciuto, che riesce miracolosamente a rendere sopportabile uno dei cliché più abusati, quello dello scienziato pazzo. Si finisce per affezionarsi a Walter Bishop, arruffato esemplare moderno della specie leonardesca, inerme e pericoloso allo stesso tempo. E ci si dimentica quasi della totale implausibilità di tutta la faccenda. Sì, perché questo dopotutto è un blog che parla di scienza, e mi sento in obbligo di dire chiaramente che sul piano puramente scientifico non c'è una sola cosa che abbia fondamento nei mirabolanti avvenimenti investigati dai nostri eroi, e nelle geniali trovate del dottor Bishop. E gli autori lo sanno, tanto che lo hanno dichiarato programmaticamente fin dal titolo: la fringe science, la scienza di confine, non è altro che un eufemismo, uno dei nomi della pseudoscienza. Ma finché si tratta di intrattenimento ben fatto (e non di frottole spacciate per divulgazione scientifica) io perdono tutto.

Scienza Express

Daniele Gouthier e Luciano Celi hanno appena lanciato Scienza Express, una piccola casa editrice scientifica, e qui spiegano perché hanno deciso di farlo. Buona fortuna a loro, e anche alla mia collega di Planck, Anna Gregorio, che ha scritto uno dei primi volumi in catalogo.

Gli anelli di Saturno

Non c'è dubbio che gli anelli di Saturno siano tra gli oggetti più popolari e riconoscibili del sistema solare. Per questo, è un po' frustrante quando qualcuno ti chiede come diamine si siano formati, perché al momento non si sa cosa rispondergli. È uno dei problemi degli astrofisici: quello di poter soltanto osservare le cose così come sono, senza poterle riprodurre in laboratorio.

Per fortuna, ci sono i calcolatori e le simulazioni. Uno mette insieme un po' di materia virtuale, stabilisce le forze in gioco, lancia il programma, aspetta qualche minuto o qualche ora, e gioca a fare dio. In questo modo, Robin Canup ha appena elaborato un modello che, anche se non prova in senso stretto l'origine degli anelli di Saturno, è sembrato piuttosto convincente agli esperti.

Premessa: gli anelli di Saturno sono fatti essenzialmente di acqua ghiacciata (e già questa è una cosa che lascia molte persone a bocca aperta, quando la vengono a sapere per la prima volta). Fino a oggi, le idee che circolavano per spiegarne l'origine erano due. O Saturno aveva catturato una cometa di passaggio da quelle parti, frantumandola con la sua forte presa gravitazionale, oppure una collisione aveva distrutto un piccolo satellite. In entrambi i casi, i detriti rimasti in giro avrebbero formato gli anelli.

Ma entrambe le idee non funzionano benissimo. Perché proprio Saturno avrebbe dovuto catturare una cometa, e non Giove, che è molto più massiccio? E perché, se un'intera luna è andata improvvisamente in pezzi, negli anelli è rimasto soltanto ghiaccio? Secondo Canup, quello che potrebbe essere successo è che una grossa luna di Saturno (simile a Titano ma molto più vicina al pianeta) è stata lentamente sbriciolata dalle forze di marea, che hanno poi tirato via la parte rocciosa portandola a essere inglobata dal pianeta, lasciando il ghiaccio in orbita a formare gli anelli.

Chissà se è la spiegazione corretta? Di certo, Canup è una che di queste cose se ne intende. È lei che qualche anno fa ha realizzato le simulazioni del gigantesco impatto che, secondo l'ipotesi oggi più accreditata, avrebbe strappato via una bella parte di materia al nostro pianeta in formazione, portando alla nascita della Luna. (Per chi è curioso, qui c'è il filmato.)

Cose belle dal cosmo

Fossi in voi, andrei a dare un'occhiata alle cento migliori immagini astronomiche dell'European Southern Observatory.

(C'è anche la galassia Sombrero, per dire.)

Seconda stella in tv

Ieri sono stato ospite di TG3 Linea Notte, per presentare Seconda stella a destra. Se vi va di vedere come me la sono cavata, la puntata si guarda sull'archivio della trasmissione (è quella del 04/10/2010) oppure direttamente a questo link. Sono pochi minuti, inizia intorno al minuto 48.