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mercoledì 29 ottobre 2014

Sopravvivere alla tempesta

Solo gli inquieti sanno com'è difficile sopravvivere alla tempesta e non poter vivere senza.
Emily Brontë via ironiaterminale

lunedì 27 ottobre 2014

L'universo come spazio limitato

Nonostante la supplenza ultraprecaria che sto portando avanti in questo periodo sia dedicata alla matematica, a volte con gli studenti si finisce a parlare di fisica, e così ecco all'improvviso spuntare fuori una discussione sull'universo finito/infinito. Spulciando tra "The meaning of relativity" di Einstein (magari presto vi spiegherò anche perché) ho trovato la seguente argomentazione sulla necessità di un universo finito:
Così possiamo presentare le seguenti argomentazioni contro il concetto di un universo a spazio infinito, e in favore del concetto di uno a spazio limitato:
1. Dal punto di vista della teoria della relatività, la condizione per una superficie chiusa è molto più semplice della corrispondente condizione al contorno all'infinito della struttura quasi euclidea dell'universo.
2. L'idea che espresse Mach, che l'inerzia dipende dall'azione reciproca dei corpi, è contenuta, in prima approssimazione, nelle equazioni della teoria della relatività; segue da queste equazioni che l'inerzia dipende, almeno in parte, dall'azione reciproca tra le masse. Così come è un assunto insoddisfacente porre che l'inerzia dipende in parte dall'azione reciproca, e in parte da una proprietà indipendente dello spazio, l'idea di Mach guadagna in probabilità. Ma questa idea di Mach corrisponde solo a un universo finito, limitato nello spazio, e non a un universo infinito quasi euclideo. Da un punto di vista epistemologico è più soddisfacente avere le proprietà meccaniche dello spazio completamente determinate dalla materia, e questo è il caso solo di un universo limitato in spazio.
3. Un universo infinito è possibile solo se la densità media della materia nell'universo va a zero. Sebbene un tale assunto sia logicamente possibile, è meno probabile dell'assunto che ci sia una densità finita di materia nell'universo.

domenica 26 ottobre 2014

Il (non) carnevale della fisica #2

Il premio Nobel venne assegnato per la prima volta nel 1901 a seguito delle ultime disposizioni testamentarie di Alfred Nobel, chimico e filantropo nonché inventore della dinamite.
Il premio è diventato ben presto uno dei più prestigiosi al mondo e, nell'ambito della fisica, il primo a riceverlo fu lo scopritore dei raggi X, il tedesco Wilhelm Conrad Röntgen
in riconoscimento dello straordinario servizio reso per la scoperta delle importanti radiazioni che in seguito presero il suo nome
Restando nell'ambito della fisica, il primo italiano a vincere il riconoscimento è stato, nel 1909, Guglielmo Marconi, insieme con Karl Ferdinand Braun
in riconoscimento del loro contributo allo sviluppo della telegrafia senza fili
L'ultima volta che l'Italia si è affacciata sul Nobel per la fisica è stato invece nel 2002 con Riccardo Giacconi
per i contributi pionieristici all'astrofisica, che hanno portato alla scoperta di sorgenti cosmiche di raggi X
Mentre il Nobel dello scorso anno è stato un telefonatissimo riconoscimento a Peter Higgs e François Englert come conseguenza della scoperta del bosone di Higgs, quest'anno sono stati premiati i tre giapponesi che sono riusciti a sviluppare il led blu, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Shuji Nakamura.
E' a loro che è dedicata la prima parte del secondo (non) carnevale della fisica:

Tesla accanto a una lampadina a fosforescenza
Iniziamo con Stefano Dalla Casa su Zanichelli Aula Scienza: Il Nobel per la fisica ai LED blu
Centinaia di esperimenti falliti dopo, e vere e proprie crisi professionali (la società aveva ordinato a Nakamura di lasciar perdere i diodi, ma questi continuò nel suo tempo libero), agli inizi degli anni Novanta il mondo ha avuto i primi LED a luce blu, spianando la strada ai LED a luce bianca e quindi alla rivoluzione dell'illuminazione che vediamo procedere sotto i nostri occhi.
Quindi Cristina Da Rold per Oggi scienza con Il Nobel per la fisica ai tre giapponesi "che hanno illuminato il mondo"
Mai come oggi il sole nascente che distingue la bandiera giapponese potrebbe essere più calzante per rappresentare il paese. Il Nobel per la fisica 2014 l’ha vinto letteralmente la luce proveniente dal Giappone, nelle persone di Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, tre scienziati nipponici che si sono distinti per le loro ricerche nell'ambito dello studio della luce, in particolare "per l'invenzione di efficienti diodi emettitori di luce blu che hanno sviluppato le fonti di luce bianca luminosa e a risparmio energetico."
E infine Andrea Bersani per Scientificast con Una nuova luce che vale il Nobel
I LED esistono da oltre cinquant'anni: un LED è un piccolo dispositivo a semiconduttore che, quando è attraversato da corrente, emette luce ad una precisa lunghezza d’onda (e quindi di un determinato colore). Era stato relativamente semplice creare LED che emettessero luce rossa, poi verde, ma il blu era più difficile da ottenere. L'importanza di completare il terzetto, però, era fondamentale: l'occhio umano recepisce luci rosse, verdi e blu, per cui, con tre LED di questi colori si può produrre una luce tale da sembrare "naturale" per l’uomo.

venerdì 24 ottobre 2014

L'Italia che vince!

E' un periodo che, per vari motivi, mi perdo informazioni. Per fortuna ci sono e-mail e newsletter che informano, e così accade anche per i risultati della spedizione italiana alle Olimpiadi Internazionali dell'Astronomia che dal Kirghizistan, sede della competizione, tornano con tre medaglie, un oro e due bronzi, festeggiati persino da Samantha Cristoforetti su twitter. Veniamo, però, al comunicato stampa inviatomi da Stefano Sandrelli:
Sono tre, i premi vinti quest'anno dalla squadra italiana che ha partecipato alla XIX edizione delle Olimpiadi Internazionali di Astronomia: un oro nella categoria senior per Pasquale Miglionico del Liceo Scientifico Statale "Federico II di Svevia" di Altamura (BA) e due bronzi nella categoria junior, per Mariastella Cascone del Liceo Scientifico Statale "Galileo Galilei" di Catania e per Giuseppe Gurrisi del Liceo Scientifico Statale "Elio Vittorini" di Francofonte (SR). Non era mai successo, negli oltre dieci anni di partecipazione, che il medagliere della squadra italiana fosse così ricco.
La Gara internazionale si è svolta in Kirghizistan dal 12 al 21 ottobre, in presenza di numerose autorità fra cui il Presidente del consiglio in carica che ha aperto la cerimonia di inaugurazione. Oltre che dai tre vincitori, l’Italia era rappresentata da Luca Latella del Liceo Scientifico Statale "Leonardo da Vinci" di Reggio Calabria e da Giacomo Santoni del Liceo Scientifico Statale "Galileo Galilei" di Macerata. I cinque partecipanti erano accompagnati da Giuseppe Cutispoto e da Paolo Romano, dell'INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania. La squadra tricolore si è battuta con altri 74 ragazzi provenienti da 16 nazioni per aggiudicarsi l’ottimo risultato. I partecipanti, tutti tra i 14 e i 17 anni, si sono cimentati in tre prove olimpiche (teorica, osservativa e pratica) di notevole difficoltà in cui, tra le altre cose, hanno dovuto stimare le stelle più luminose visibili nel cielo tra 13000 anni, calcolare la massa di un buco nero supermassiccio al centro di una galassia e dimostrare la propria abilità nell'uso di un telescopio.

mercoledì 22 ottobre 2014

Martin Gardner

Come ha ricordato Maurizio Codogno è stato il centenario di Martin Gardner. Recupero oggi con la traduzione di un articolo di David Singmaster uscito su "Nature" nel 2010 come ricordo per la figura di riferimento che ha rappresentato per moltissimi lettori, amanti della matematica e matematici professionisti.
Dalla metà degli anni '50 fino ai primi anni '80 del XX sexolo, probabilmente la più nota sezione di Scientific American è stata Mathematical games di Martin Gardner. Come riconoscimento del suo successo, tre eminenti matematici dedicarono il loro libro del 1982 Winning Ways for Your Mathematical Plays a Gardner, che, scrivevano, "ha portato più matematica a milioni di chiunque altro". Eppure Gardner non era un matematico. La sua unica laurea era in filosofia.
Gardner, morto il 22 maggio [2010] all'età di 95 anni, era nato a Tulsa, in Oklahoma, da una madre metodista e un padre geologo. Si è avvicinato alla matematica, alla scienza, alla magia e alla scrittura sin da giovanissimo, e pubblicò una New color divination (una divinazione a colori) in un giornale di magia già a 16 anni. Voleva andare al California Institute of Technology a Pasadena, ma negli anni '30 l'ingresso al Caltech richiedeva innanzitutto il completamento di due anni in una scuola di arti liberali. Invece, Gardner andò all'Università di Chicago nell'Illinois e studiò filosofia, laureandosi nel 1936.
Dopo vari lavori, incluso l'assistente al monitoraggio del petrolio per il Tulsa Tribune, e dopo quattro anni in marina, Gardner ritornò a Chicago e iniziò a scrivere brevi storie per l'Esquire, spendendo la maggior parte del suo tempo libero a inventare, dimostrare e vendere trucchi magici. Nel 1947, trovò posto a New York come editor dell'Humpty Dumpty, una rivista per ragazzi, e nello stesso anno scrisse un articolo sulle macchine logiche per Scientific American.
Nei primi anni '40, quattro laureandi di Princeton, tra cui Richard Feynman, avevano trovato il modo di piegare una striscia di carta in un esagono che poteva poi essere manipolata per mostrare diverse facce esagonali. Gardner sentì parlare di questi 'flexagoni' e guidò fino a Princeton per parlare con i due studenti che erano ancora lì. Il suo articolo sui flexagoni è stata accettata da Scientific American per l'edizione del dicembre 1956, e, grazie a ciò, nel numero successico, Gardner iniziò la sua rubrica Mathematical games con un articolo sui quadrati magici. Le sue lacune in matematica formale si rivelarono il suo punto forte: lavorare lentamente e con attenzione sulle idee lo ha aiutato nello spiegarle.

Martin Gardner

martedì 21 ottobre 2014

Inflazione infinita e fine del tempo

Come saprete i dati di BICEP che sembrava dovessero confermare l'inflazione cosmica e le onde gravitazionali primordiali hanno subito una verifica negativa. Come spiegano molto bene Amedeo e Sandro, l'interpretazione dei risultati è stata completamente ribaltata dalle analisi di Planck.
Uno degli aspetti che, con quell'annuncio di metà aprile, non avevo trattato ma che mi sarebbe piaciuto era la questione dell'inflazione infinita. Questa ipotesi teorica venne introdotta da Alan Guth e altri fisici, in particolare su Eternal Inflation(1):
Viene riassunto il funzionamento di base dei modelli inflazionistici, insieme con gli argomenti che suggeriscono fortemente che il nostro universo è il prodotto dell'inflazione. Si sostiene che essenzialmente tutti i modelli inflazionistici portano a una (futura) inflazione eterna, che implica che un numero infinito di universi tascabili verranno prodotti. Anche se gli altri universi tascabili non sono osservabili, la loro esistenza ha comunque conseguenze per il modo in cui valutiamo le teorie ed estraiamo conseguenze da esse. E' discussa, ma non definitivamente risolta, la questione se l'universo abbia avuto un inizio. Appare probabile, tuttavia, che gli universi eternamente inflazionati richiedono un inizio.
Ci sono molte osservazioni che confermano, o che comunque si accordano sia con la teoria del Big Bang, sia con l'inflazione cosmica: in un certo istante subito dopo la prima espansione dell'universo, lo spazio tempo ha sperimentato una rapida espansione, superiore alla velocità della luce. La leggera anisotropia della radiazione cosmica di fondo (e in parte anche l'assenza del monopolo magnetico) sono prove a supporto dell'inflazione cosmica.
L'ingrediente di base dell'inflazione eterna (o infinita) è l'ipotetica esistenza di materia gravitazionalmente repulsiva, che è instabile e decade secondo una legge esponenziale. In ogni processo di decadimento, il volume di questo tipo di materia aumenta invece di diminuire e produce una serie infinita di universi tascabili(1, 2):
In Cosmology from the Top Down, un seminario presentato al Davis Inflation Meeting nel 2003, Stephen Hawking esprime alcune criticità riguardo l'ipotesi dell'inflazione infinita:

lunedì 20 ottobre 2014

Paradosso cosmico

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Come tutti i generi, anche la fantascienza in ultima analisi è interessata a parlare dell'essere umano. In particolare, come ricorda Isaac Asimov, parla dell'essere umano contemporaneo, nascondendo il messaggio dietro una rappresentazione meravigliosa, dietro un sense of wonder dovuto a progressi scientifici inimmaginabili.
I due progressi scientifici che muovono la maggior parte della fantascienza (non sono gli unici, per fortuna), sono i viaggi interplanetari e i viaggi nel tempo. In quest'ultimo filone, il romanzo più noto è indubbiamente La macchina del tempo (1895) di George Wells, ma non è il primo viaggio nel tempo letterario propriamente detto. In effetti nel Mahabharata, testo mitologico indiano, viene raccontata la storia del re Revaita, che viaggia in molti mondi fino a raggiungere Brahma il creatore: una volta tornato a casa, scoprì che nel frattempo sulla Terra erano trascorsi centinaia di anni. Come scrive Bertil Falk, aveva evidentemente innescato una dilatazione del tempo einsteiniana(9).

Auguste Blanche
Questa sorta di intuizione sulla dilatazione temporale non venne più utilizzata fino all'arrivo della teoria della relatività (in effetti in Rip van Winkle il protagonista non viaggia, ma si addormenta, e in ogni caso finisce nel futuro), mentre i paradossi temporali non attesero certo la teoria di Einstein per entrare in letteratura. Ad esempio nel 1846 il romanziere svedese August Blanche da alle stampe il racconto 1846 och 1946 (1846 e 1946), dove il protagonista, un archeologo, Bautastenius, si ritrova proiettato 100 anni nel futuro dalla dea della verità. Qui incontra suo nipote, persona antipatica, che gli rivela che il nonno paterno, risposatosi, era impazzito credendosi un grande archeologo, tanto da farsi mummificare. Così nel 1946 erano presenti contemporaneamente un Bautastenius viaggiatore del tempo e un Bautastenius mummificato. Tornato nel suo tempo, fu tanta e tale l'antipatia verso il nipote, che il nostro eroe decise di modificare il futuro, al punto da acconsentire alle nozze della figlia con il fidanzato e da non volersi più risposare, in modo da non generare l'odiato nipote(9).
Questo di Blanche è un paradosso tutto sommato innocuo: l'intervento nel passato ha modificato solo la vita del protagonista e dei suoi parenti più stretti. E' un proto-paradosso della conoscenza: David Deutsch e Michael Lockwood utilizzano questo nome(5) per sintetizzare paradossi tipo La scoperta di Morniel Mathaway di William Tenn, racconto radiofonico per la NBC trasmesso il 17 aprile 1957, dove il pittore Mathaway ottiene un grandissimo successo grazie a un critico d'arte del futuro che, in maniera incidentale, gli porta un catalogo con i suoi quadri, che ovviamente il pittore provvederà a ricopiare. E' un po' come se uno studente del futuro tornasse indietro nel tempo con la teoria della relatività generale per farsela firmare da Einstein prima che questi la scopra, permettendo ad Einstein di imparare la teoria della relatività e non di scoprirla. Nonostante il risultato sia identico, il processo nel suo complesso suonerebbe fortemente sbagliato.
In effetti questo genere di paradosso può essere considerato come una sorta di loop temporale, concetto che gioca un ruolo fondamentale in Paradosso cosmico di Charles Harness, chimico e avvocato, che scrive il suo romanzo per arrotondare lo stipendio nei ritagli di tempo concessigli dal lavoro.
Il risultato è sicuramente pregevole, al livello della miglior fantascienza che può venirvi in mente, mentre il protagonista, Alar, membro della Società dei Ladri, viene sviluppato nel solco della tradizione dei personaggi di Alfred Elton Van Vogt o dell'Hedrock l'immortale di Robert Heinlein. Rispetto, però, ai personaggi di Van Vogt e di Heinlein, Alar sembra velato da una qual certa malinconia, mentre l'intera vicenda è gravata da un forte senso di inevitabilità. Il ladro, infatti, che insieme alla sua società combatte per la liberazione del genere umano dalle società distopiche presenti sul pianeta, è bloccato all'interno di un loop temporale, vittima di un viaggio nello spazio conclusosi male.
Il concetto di loop temporale, però, che in un certo senso accomuna i due romanzi di Blanche e Harness, dal punto di vista scientifico non sarebbe possibile concepirlo senza il lavoro in particolare del logico e matematico Kurt Godel.