08 aprile 2014

Cercatori di meraviglia


Domani esce il mio nuovo libro, Cercatori di meraviglia, pubblicato da Rizzoli (se proprio non resistete lo trovate già disponibile per l'acquisto online, per esempio su Amazon, anche in versione ebook). Il titolo viene fuori dalla mia convinzione che a guidare gli scienziati siano soprattutto la meraviglia nei confronti del mondo e la curiosità di capirne il funzionamento. Dentro il libro ci trovate un bel po' di storie di scienziati di tutte le epoche, mostrati in azione mentre cercano una risposta alle domande che li ossessionano -- domande apparentemente semplici, che però sono state alla base di grandi punti di svolta nella nostra comprensione delle cose.

Comunque, se volete farvi un'idea migliore fate prima a leggerne un pezzo, come quello che ha pubblicato in anteprima il Post. Se poi siete a Roma, potete anche passare alla presentazione che facciamo domani, mercoledì 9 aprile, alle 18, alla libreria Mondadori di Via Piave, così lo prendete in mano e lo sfogliate, come si faceva una volta, e se vi piace ve lo portate pure a casa. Mi pare tutto, per ora: per altri aggiornamenti, come si dice, restate sintonizzati (qui o su Twitter).

18 marzo 2014

Onde gravitazionali dal big bang: cosa ha scoperto BICEP2 e perché è importante?

Come largamente anticipato da voci che avevano iniziato a circolare la settimana scorsa, ieri l'esperimento BICEP2 ha annunciato di aver osservato la traccia di onde gravitazionali primordiali impressa nella polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. Lo so, detta così suona tecnica e incomprensibile, ma se ci riesco vorrei spiegarvi perché invece si tratta (se confermata) di una scoperta epocale. Ci ho già provato ieri, nel corso degli eventi, a chi me lo ha chiesto (Europa, Il Giornale, Repubblica.it - e anche Repubblica Sera, a pagamento) ma adesso vorrei fare il punto con un po' di calma, ché ieri è stata una giornata parecchio concitata.

Se dovessi riassumere in una frase, la metterei così: quella trovata da BICEP2 è l'evidenza più diretta possibile di eventi che sono avvenuti appena 10 alla meno 35 secondi dopo il big bang. Per quanto ne sappiamo oggi, non si può guardare ancora più indietro nel tempo. Siamo arrivati più vicini possibile a osservare l'origine di tutto e a capire come sono andate davvero le cose.

Bellissimo, ma come è stato possibile? Andiamo con ordine. Come sapete, da queste parti abbiamo una lunga passione per la radiazione cosmica di fondo, ovvero il segnale radio che pervade tutto lo spazio e che proviene dalle fasi iniziali dell'evoluzione dell'universo (incidentalmente, è una fortunata coincidenza che appena due settimane fa io ne abbia parlato in tv, ma ci ho anche scritto un libro e un fumetto). Analizzando quel segnale possiamo ricostruire lo stato dell'universo quando aveva circa 400 mila anni. Quello che troviamo è che, all'epoca, il gas incandescente che riempiva tutto lo spazio non era perfettamente uniforme, ma aveva minuscole variazioni di densità. Con il tempo, quelle variazioni sono state amplificate dalla gravità fino a diventare stelle, galassie, ammassi di galassie, ecc.

Bene, ma cosa ha generato le variazioni di densità? La spiegazione teorica che è stata elaborata dai cosmologi negli ultimi decenni è basata su un meccanismo chiamato inflazione: all'inizio di tutto, una minuscola regione di dimensioni subatomiche si è espansa enormemente in un intervallo di tempo brevissimo, ed è diventata talmente grande che l'intero universo che oggi possiamo osservare ne costituisce solo una piccola parte. Ora, l'inflazione prevede una serie di cose: per esempio che l'universo sia molto "liscio" (ovvero molto simile ovunque, in media) e "piatto" (ovvero con una curvatura dello spazio trascurabile, su grande scala), cose che sono state effettivamente confermate dalle osservazioni. 

Ma la previsione più importante è un'altra: ovvero che le fluttuazioni quantistiche presenti nella regione microscopica iniziale diventino, alla fine dell'inflazione, perturbazioni nella densità di materia dell'universo. In pratica, l'inflazione spiega l'esistenza delle minuscole variazioni osservate nella radiazione cosmica di fondo, e lo fa in un modo che fa girare la testa: tutto quello che osserviamo oggi nell'universo - le enormi strutture che si estendono su scale di milioni di anni luce - è il risultato dell'amplificazione di agitazioni casuali su scala microscopica presenti una minuscola di frazione di secondo (10 alla meno 35 secondi, appunto) dopo il big bang. 

Tutto questo è meraviglioso e pazzesco, ma è anche vero? Be', la piattezza e l'uniformità dell'universo osservato sono argomenti forti, e la presenza delle fluttuazioni di densità è impossibile da spiegare con modelli alternativi. Ma si è sempre saputo che il vero indizio cruciale da cercare (la "smoking gun", la pistola fumante, come la chiamano gli anglosassoni) era un altro. Oltre alle "normali" variazioni nella densità di materia primordiale, l'inflazione dovrebbe avere prodotto anche increspature nel "tessuto" dello spazio tempo -- ovvero, un fondo di onde gravitazionali. Questa previsione è talmente specifica che osservare le onde gravitazionali primordiali è quanto di più vicino a una conferma diretta dell'inflazione possiamo sperare di ottenere. 

A questo punto dovreste cominciare a vedere l'importanza della cosa, o almeno spero. Quello che resta da capire è come fare a osservare queste famigerate onde gravitazionali primordiali. Un modo c'è, e qui torna in ballo la radiazione cosmica di fondo. Mentre le variazioni nella densità di materia primordiale restano impresse come piccole variazioni nell'intensità della radiazione cosmica di fondo proveniente da diverse direzioni del cielo, le onde gravitazionali primordiali si manifestano in un modo diverso, alterando la "polarizzazione" del segnale radio (la direzione lungo cui oscilla l'onda elettromagnetica).

Ok, stiamo andando sul tecnico, ma se siete ancora con me guardate l'immagine all'inizio del post. Le macchie di colore sono variazioni di intensità della radiazione di fondo, e quindi variazioni nella densità del gas primordiale che riempiva l'universo quattrocentomila anni dopo il big bang. I bastoncini, invece, mostrano la direzione della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. Il modo in cui si allineano i bastoncini attorno alle variazioni di densità è dettato (anche) dalla presenza o meno di onde gravitazionali. Analizzando questo pattern, quelli di BICEP2 sono riusciti a trovare la prova che c'erano, in effetti, onde gravitazionali del tipo previsto dall'inflazione. 

Insomma, con tutte le cautele del caso (perché, come sempre quando si parla di scienza, bisognerà fare ulteriori studi e ottenere conferme indipendenti) si tratterebbe di una scoperta storica, che sposterebbe la nostra comprensione diretta dell'evoluzione dell'universo indietro nel tempo fino a un passo dal momento iniziale. Lo ripeto di nuovo: non siamo mai stati così vicini ad avere le prove che tutto quello che osserviamo oggi nell'universo è il risultato dell'amplificazione di fluttuazioni microscopiche casuali presenti circa quattordici miliardi di anni fa in una minuscola regione di spazio-tempo.

Sono momenti che capitano raramente, con questa forza, ma sono i momenti in cui capisci quanto è meravigliosa la scienza e quanto sia grandioso poter avere un ruolo in tutto questo, che sia di protagonista, di comparsa o di semplice testimone. E se non ci credete, guardate la faccia di Andrei Linde (che è uno di quelli che, dopo l'idea iniziale di Alan Guth, ha speso più energie a studiare e perfezionare i modelli di inflazione) quando uno del gruppo di BICEP2 gli va a dare la notizia. 

27 febbraio 2014

L'universo senza inizio di Einstein

Se avete letto Cosmicomic (o anche Il buio oltre le stelle), sapete che a Albert Einstein non andava proprio giù l'idea che l'universo avesse avuto un'origine. Il primo modello cosmologico proposto da Einstein nel 1917 (che poi è anche il primo modello cosmologico moderno, ovvero basato sulla teoria della relatività generale) descriveva un universo statico, che non cambiava nel tempo. Nel 1929, in seguito alle osservazioni e agli studi di Edwin Hubble e Milton Humason, venne fuori che le galassie si allontanavano con una velocità proporzionale alla loro distanza, e il modello statico di universo fu abbandonato. L'allontanamento delle galassie fu interpretato come un'evidenza che l'universo fosse in espansione a partire da un momento definito nel passato. Da qui iniziò la storia del modello del "big bang", che oggi sappiamo essere la migliore descrizione dell'evoluzione dell'universo osservabile. (Per inciso, l'ipotesi che Einstein introdusse per rendere statico l'universo, la cosiddetta "costante cosmologica", fu inizialmente considerata la sua più grande cantonata, ma poi è tornata in auge e oggi è uno dei grandi problemi aperti della fisica teorica.)

Ma, a quanto pare, Einstein non gettò la spugna molto facilmente. Si scopre, racconta Nature, che nel 1931 egli tentò di elaborare un modello in cui l'universo, pur espandendosi, restava, in media, sempre nelle stesse condizioni fisiche. (Continua a leggere sul Post...)

05 febbraio 2014

Ho scritto un saggio per l'Almanacco della Scienza di MicroMega


È uscito da qualche giorno il nuovo Almanacco della Scienza di MicroMega, e c'è anche un mio saggio sul tema della contingenza dell'universo. Non è l'unico, naturalmente. Come sempre, nell'Almanacco c'è tanto di interessante da leggere: se volete una lista più dettagliata dei contenuti la trovate a questo link.

29 gennaio 2014

Ancora su Hawking e i buchi neri, a Radio3Scienza

Il link per riascoltare la puntata di ieri di Radio3Scienza, in cui abbiamo parlato delle ultime idee di Stephen Hawking sui buchi neri.

28 gennaio 2014

Che ha detto Hawking sui buchi neri?

Stephen Hawking e i buchi neri sono una delle coppie di fatto della scienza moderna e della cultura popolare, un po’ come Marie Curie e il radio, Tesla e le saette, e Doc Brown e il flusso canalizzatore. Ha suscitato quindi una comprensibile eccitazione la notizia che Hawking avrebbe detto, di recente, che i buchi neri non esistono. Lo ha detto veramente? Sì, ma la cosa è un po’ più complicata. (Continua a leggere sul Post...)

02 gennaio 2014

A proposito di storie

Durante il periodo natalizio, Radio3Scienza ha chiesto a scienziati, storici, scrittori, attori e giornalisti di raccontare storie di scienza. La serie si chiama "Io ti racconto" e andrà avanti fino al 6 gennaio, quindi c'è ancora tempo per iniziare adesso (e recuperare le puntate precedenti sul loro sito).

Nella puntata dell'ultimo dell'anno, io ho provato a raccontare la storia di un errore che non c'era: quello di Einstein e della costante cosmologica. La puntata si riascolta qui.

30 dicembre 2013

Una storia semplice

Qualche tempo fa, quel genio di xkcd provò a spiegare come funziona un Saturn V usando solo le mille parole più frequenti della lingua inglese. Che non sia facile lo si può intuire, ma bisogna provarci per capirlo davvero. E allora qualcuno ha creato un editor che vi bacchetta se usate una parola non inclusa nella lista. Funziona solo in inglese, ma non dovrebbe essere difficile farlo in altre lingue.

Io mi sono divertito a raccontare in modo semplice una cosa che conosco bene. Ne è venuta fuori una storia buona da leggere durante le feste, magari aspettando la mezzanotte.

HOW EVERYTHING THAT THERE IS CAME TO BE

We now have reasons to believe that everything started a long long time ago, from very hot matter that filled all space. At that time, matter was in a very different state from anything we see around us today. It was made of very tiny pieces, flying very fast in every direction. At the beginning, everything was too hot for the pieces to stay together and form larger things. Much hotter than a star, in fact, so that there was also a lot of light all around.

But the space between things got bigger and bigger as time passed, and things cooled down all along. Then, the tiny pieces of matter started sticking together and forming other, slightly bigger pieces of matter, which then joined with other pieces, and so on. Then, things calmed down for some time. Everything went dark, and there were all those tiny pieces of matter around.

But, from the very start, there were some places in space where there happened to be a little bit more matter than in other places. Slowly, as space kept getting bigger and things kept cooling down, more and more matter was pulled toward those places. After some time, there was really a lot of matter in those places, and some balls of matter kept getting heavier and heavier, and hotter and hotter, until they lit up and became stars, and in the end there were huge groups of stars every where.

We now live inside one of those groups, on a ball of rock flying around one of those stars. It took a very long time, but forces acting on matter formed everything we see around -- and us, as well. That's how the story went. It's a great and long story, and we were able to figure it all out. Well, most of it, at least.

Ah, and you know what? We can still catch the light that was there at the beginning. We can not see it with our eyes, but it became a noise filling all space, so that we can listen to it using some sort of big strange phones, so to speak. And we can also make pictures out of it. Cool, huh?

Of course, there are many things we still don't know. There is a lot of dark stuff all around: in fact, we think that this dark stuff is most of the stuff that there is. We can not see it, though, and we have no idea of what it is. But we need it to explain many different things: how the big groups of stars can turn around as fast as they do and still stay together, or why space is growing faster and faster.

We still have to figure out this part of the story. And one day we will do it, I guess.

20 dicembre 2013

Come fu fatta la foto della Terra che sorge

Quarantacinque anni fa, l'Apollo 8 fu la prima missione con equipaggio a lasciare l'orbita terrestre e a orbitare attorno alla Luna. La vigilia di Natale, Frank Borman, William Anders e James Lovell scattarono un'immagine poi diventata celebre: la Terra che sorge sull'orizzonte lunare. Era la prima volta che degli esseri umani guardavano il nostro pianeta da così lontano. Adesso, la NASA ha realizzato questo video che ricostruisce i momenti in cui la foto fu realizzata, simulando la posizione del modulo rispetto al suolo lunare e usando la registrazione audio originale degli astronauti. Un bel modo per augurare buone feste.