lunedì 30 aprile 2012

CARNEVALE DELLA FISICA #30 - LO SPAZIO

 
"Dobbiamo umilmente ammettere che, mentre il numero è un puro prodotto delle nostre menti, lo spazio ha una realtà al di fuori delle nostre menti, così che non possiamo completamente descriverne le proprietà a priori." Carl Friedrich Gauss.



Benvenuti alla trentesima edizione del Carnevale della Fisica!
La tematica di questo mese è lo spazio.
Perché questa tematica?
Ho pensato che se il 20° Carnevale della Fisica, ospitato in maniera egregia da Giovanni Boaga sul blog Storie di Scienza, aveva trattato l'interessantissimo tema del tempo, il 30° Carnevale, quello che state leggendo ora, dovesse trattare l'argomento intrinsecamente legato a quest'ultimo, un po' come lo yin e lo yang: sto parlando ovviamente dello spazio.
Alla stregua del tempo, lo spazio è sicuramente una nozione che apre a molteplici punti di vista e considerazioni.
È un concetto su cui l'uomo si interroga da sempre, su cui sono nati persino paradossi (da paradoxon, che significa letteralmente "oltre l'opinione comune"), come quello estremamente famoso di Achille e la Tartaruga ad opera di Zenone di Elea, il quale riteneva che, se una tartaruga fosse partita con un po' di vantaggio su un corridore veloce come Achille in una corsa, allora Achille non avrebbe mai potuto raggiungere il lento animale in quanto, nel momento in cui questi si porterà nel punto in cui la tartaruga era in precedenza, questa si sarà intanto mossa di un altro piccolo passo e così via.








Se questo paradosso sembra incredibile, allora il prossimo è ancora più strabiliante: Zenone sosteneva che un uomo situato in una stanza non potrà mai attraversare la porta che lo conduce ad un altra camera!
Perché?
La risposta è abbastanza simile a quella di Achille e la Tartaruga: immaginiamo l'uomo che cammina per raggiungere e oltrepassare la porta.
Questi, innanzitutto, dovrà compiere metà del percorso della stanza; dopodiché dovrà percorrere metà dello spazio che gli rimane e ancora metà del rimanente, in un processo infinito!
La conclusione di Zenone è che l'uomo non raggiungerà mai e poi mai la porta!
Il tutto sembra proprio paradossale.
Oggi, conoscendo semplici nozioni di Fisica e di analisi matematica, sappiamo che, in sostanza, ciò che asseriva Zenone era sbagliato.
Riprendiamo l'esempio dell'uomo all'interno della sua dimora.
Abbiamo detto che compirà sempre metà del percorso che gli rimane da fare.
Ciò che i greci non sapevano è che una serie infinita di numeri può convergere, ovvero avere un limite finito!
Nel nostro caso avremo la seguente serie geometrica:






Il risultato è pari a 1: ciò sta a significare che l'uomo potrà raggiungere la porta e dopodiché oltrepassarla!
Se in tale paradosso, detto della dicotomia, si può sfruttare l'analisi matematica per venirne a capo, in quello di Achille e la Tarturuga, possiamo far riferimento anche alla Fisica (o sempre all'analisi matematica).
Se noi assumiamo che i partecipanti alla gara non si muovano solo nello spazio, ma anche nel tempo, allora ciò che affermava Zenone non ha più senso.
Entra infatti in gioco il concetto fisico di velocità, quello che forse più di tutti mette in relazione spazio e tempo.
La velocità media, come ben noto, è:






ovvero rappresenta il rapporto tra lo spostamento e l'intervallo di tempo che è stato necessario per ottenerlo.
A dire il vero, c'è anche la velocità istantanea, la quale fornisce la descrizione del valore della velocità in un preciso istante di tempo:





Essa è dunque la derivata della posizione in funzione del tempo.
Se Achille è più veloce della tartaruga, significa che percorre un maggior tratto di spazio nello stesso intervallo di tempo e dunque, come in una qualsiasi gara o corsa, il più veloce vince!
Nonostante ciò, i paradossi zenoniani suscitano ancora profonde riflessioni.
Anzi, anche considerando il concetto di tempo e di velocità, ci rendiamo conto che, in realtà, affinché Achille raggiunga e superi la tartaruga, dovranno passari infiniti istanti.
Infatti, è vero che noi misuriamo il tempo (o meglio gli intervalli di tempo, visto che il tempo in sé non ha una definizione univoca e universalmente accettata) in giorni, ore, minuti, secondi, ecc., ma, alla fine, un intervallo di tempo è formato sempre da infiniti istanti piccoli quanto vogliamo.
Lo stesso succede nella misura di qualsiasi grandezza fisica.
Se vogliamo misurare la lunghezza di un tavolo, ad una prima approssimazione avremo che, ad esempio, misura un metro.
Poi, magari, scendendo un po' più nel dettaglio, potremmo dire che misura 99,8 cm.
Ci potremmo fermare qui, ma si potrebbe continuare a scendere al livello dei micrometri, dei nanometri, dei picometri e così via.
Il tavolo appare quindi come un oggetto "continuo", ben definito, ma è determinato da infiniti punti ed ha una misura sempre affetta da incertezza.
Generalizzando, se prendiamo una porzione di spazio finita, in realtà sarà sempre composta da porzioni infinitesimali infinite.
Questa concezione sta alla base dell'importantissima nozione di integrale definito in analisi matematica, la quale consente di calcolare, per esempio, aree sottese ad una certa curva, immaginando dei rettangolini sotto la nostra curva e aumentando man mano il numero di questi rettangolini restringendo la loro ampiezza.
La sommatoria di questi rettangolini, sempre più piccoli, e dunque sempre più in grado di approssimare l'area considerata, si formalizza con l'integrale, il cui simbolo ∫, introdotto da un certo Gottfried Wilhelm von Liebniz (1646-1716), è una sorta di s allugata.
Ecco una splendida immagine illustrativa:










Sussistono tantissime applicazioni in Fisica di tale concetto, fra cui pure gli importanti teoremi di Gauss inerenti al campo gravitazionale e al campo elettrico.
Ma il concetto di spazio va ben oltre i paradossi, le corse, la velocità e gli integrali.
Kant definiva lo spazio, assieme al tempo, una "forma a priori" della conoscenza.
È una nozione che tutti avvertiamo come insita in noi.
Il bambino, ad esempio, fin dal momento in cui è posto all'interno della culla, si accorge delle dimensioni spaziali.
Questi può percorrere, a gattoni, il lettino della culla in alto e in basso e poi, a destra e a sinistra.
Nel momento in cui il neonato cresce un poco, divenendo in grado di arrampicarsi, scopre anche che può salire e scendere dalla culla: ergo, ha rinvenuto la dimensione dell'altezza (o profondità).
Da qui in poi riterrà sempre che la sua vita si svolge in 3 dimensioni spaziali e che non ne sussistano altre.
Una delle tematiche fondamentali della fisica moderna è tuttavia proprio l'esistenza di queste dimensioni spaziali extra, alla base di teorie come quella delle stringhe.
Ma il concetto di spazio, ancor prima di ampliarsi verso nuove dimensioni, è passato dall'essere assoluto a relativo, ossia, se vogliamo, da newtoniano ad einsteiniano!
E se prima era scollegato dal tempo, poi è avvenuto il collegamento mediante lo spazio-tempo di Einstein-Minkowski.
Ma lo spazio è legato, oltre che al tempo, anche alle forme e quindi alla geometria e alla topologia.
Sembrerà paradossale, ma, nel 1948, il filosofo e pedagogista svizzero Jean Piaget, nelle opere La rappresentazione dello spazio nel bambino e La geometria spontanea del bambino, ha chiarito che l'intuizione spaziale in un fanciullo prosegue in maniera esattamente opposta a come si è delineata nella storia della geometria.
Ricordiamo che la geometria attraversa 3 fasi fondamentali [ovviamente ci sono tante sottofasi]:

1) geometria greca: è la geometria euclidea, quella dello studio delle figure geometriche fondamentali e della dimostrazioni dei primi teoremi. Ha applicazioni nell'arte greca, in quanto sia gli artisti che i matematici ricercavano l'armonia, la bellezza, la proporzione (si pensi alla sezione aurea!);
2) geometria proiettiva: nasce nel Rinascimento, con il concetto di prospettiva e, anch'essa, ha innumerevoli applicazioni in arte, tanto che, tra i suoi sviluppatori, vi fu pure il noto architetto Filippo Brunelleschi. Tale geometria, in sintesi, fornisce molta importanza alla posizione dei vari oggetti all'interno di un piano;
3) geometria topologica: "topos" significa "luogo"; ergo, la topologia è lo studio dei luoghi. Essa si afferma a partire dal 1736 con l'articolo di Eulero sui 7 ponti di Königsberg e viene implementata in seguito da altri studiosi, tra cui Cantor e Poincaré. La topologia si occupa in particolare di studiare la forma e le deformazioni degli oggetti. E, a proposito di topologia, sussiste la nozione di spazio topologico. Definita rigorosamente topologia T una raccolta di sottoinsiemi di un certo insieme X tali che sussistano 3 importanti condizioni:
  • l'insieme vuoto e l'insieme X appartengono a T;
  • L'unione di una quantità generica di insiemi appartenenti a T appartiene ancora a T;
  • l'intersezione di una quantità arbitraria di insiemi appartenenti a T appartiene nuovamente a T.
Allora lo spazio topologico designa una coppia (X,T) dove X = insieme e T = topologia.
Inoltre, gli elementi di X vengono detti punti dello spazio topologico.
Un esempio: consideriamo X = {1,2,3} e 3 sottoinsiemi che compongono la topologia T, ovvero A1 = {1, {1,2}, {1,3}, X}, A2 = {X}, A3 = {X}.
Ciò che abbiamo appena scritto è uno spazio topologico avente topologia T = {A1,A2,A3} e punti {1,2,3}.
Dopo questo brevissimo excursus sullo spazio topologico, riconsideriamo il nostro bambino.
Questi procede, a detta di Piaget, in senso opposto allo sviluppo della geometria appena elencato poiché, in primis, riesce a riconoscere le forme degli oggetti, cioè sa distinguere ad esempio un cane rispetto a un albero; dopodiché impara a collocare gli oggetti nella giusta posizione spaziale (riesce ad esempio a porre, in un disegno, un'automobile a terra e un gabbiano che vola nel cielo azzurro); infine, capisce che ogni oggetto deve essere disegnato nella giusta proporzione rispetto agli altri.
Ma riallacciandoci ad Einstein, lo spazio (o meglio, lo spazio-tempo) si può anche curvare, se sottoposto a un'ingente massa o ad energie elevate.
Einstein ci propone quindi un modello del Sistema Solare con il Sole al centro a deformare lo spazio-tempo e i pianeti che gli girano attorno a causa di questa curvatura, ossia la gravità!













E proprio perché lo spazio non è solo quello che ci accompagna nella vita quotidiana, ma un concetto onnicomprensivo, il sostantivo "spazio" viene comumente usato per designare l'Universo che ci circonda, costituito da stelle, pianeti, galassie, nebulose, buchi neri e chi più ne ha più ne metta.
Un'altra rilevante nozione di spazio, sia in Matematica che in Fisica, è il cosiddetto spazio di Hilbert, il quale prende il nome dal grande matematico David Hilbert, che, peraltro, scrisse l'opera Fondamenti della geometria (1899) e presentò [una porzione dei] i famosi 23 problemi irrisolti della Matematica alla conferenza di Parigi del 1900.
Siccome definire rigorosamente dal punto di vista matematico lo spazio di Hilbert risulterebbe troppo complesso in tale contesto, fornisco una definizione molto semplice in rapporto alla Meccanica Quantistica.
Il suddetto spazio designa infatti un sistema quantistico prima che esso venga misurato.
Quando effettuiamo una misurazione, lo spazio collassa in uno stato determinato, rappresentato da un unico punto.
Tuttavia, prima che venga eseguita una misurazione, possiamo immaginarci lo spazio di Hilbert come se fosse riempito di una sorta di nebbia grigiasta, la cui densità corrisponde in ogni punto alla probabilità con cui il sistema quantistico collasserà in un particolare insieme di valori.
Ergo, gli spazi di Hilbert implicano un numero gigantesco di dimensioni!
Possiamo fare un esempio prendendo un dado.
Una volta lanciato, se stessimo al buio e quindi non vedessimo il numero (da 1 a 6) uscito, il sistema, costituito dal dado, potrebbe trovarsi in 6 configurazioni differenti, allo stesso tempo.
Solo una volta effettuata la misurazione (nel nostro caso, la visione del dado in seguito al lancio) il sistema presenterà un risultato definito, cioè un unico numero.
La nozione di spazio di Hilbert è dunque alla base dei meccanismi della Meccanica Quantistica e pure del famoso esperimento mentale del gatto di Schrödinger.
Riassumendo, lo spazio è un concetto che può essere analizzato sotto innumerevoli sfaccettature, le quali interessano la Fisica, la Matematica, la Filosofia, l'Astronomia e la cultura in generale.
D'altronde, non potremmo vivere senza la nozione di spazio!
Immaginatevi un appuntamento di lavoro.
Se non vi forniscono le coordinate spaziali (ad esempio, la città e l'edificio in cui si svolgerà) ed anche quelle temporali (giorno ed ora dell'incontro) non potreste assolutamente giungere ad alcun appuntamento.
Non è allora un caso se lo spazio, assieme al tempo, rappresenta uno dei concetti più importanti dell'intera disciplina che chiamiamo Fisica, lo studio della natura che ci circonda, che ci meraviglia e ci appassiona!
Vorrei rimandare qui, nell'introduzione al Carnevale, a un interessantissimo articolo presente sul sito Le scienze.it, relativo a una complessa moderna teoria fisica sullo spazio e sul tempo, la teoria di Vasiliev e Fradkin.
Per concludere tale introduzione, riporto una bellissima trattazione inerente allo spazio dallo splendido libro di Brian Greene "La trama del cosmo":

"Einstein scrisse una volta che tutti capiamo cosa il nostro interlocutore vuol dire se usa parole come "rosso", "duro" o "infelice", ma per quanto riguarda la parola "spazio", "la cui relazione con l'esperienza psicologica è meno diretta, esiste un'incertezza interpretativa ben più ampia". È un dilemma che affonda le sue radici nel passato: l'analisi del significato di spazio risale a tempi molto antichi e ha affascinato pensatori illustri quali Democrito, Epicuro, Lucrezio, Pitagora, Platone, Aristotele e molti altri loro seguaci. Esiste una differenza fra lo spazio e la materia? Lo spazio esiste indipendentemente dalla presenza di oggetti materiali? Esiste qualcosa come lo spazio vuoto? Spazio e materia si escludono a vicenda? Lo spazio è finito o infinito? Per millenni l'analisi filosofica dello spazio è proceduta di pari passo con le speculazioni teologiche. Secondo una corrente di pensiero, ad esempio, lo spazio ha natura divina dato che Dio è onnipresente. Tale visione fu propugnata in particolare da Henry More, teologo e filosofo vissuto nel XVII secolo, le cui teorie, secondo alcuni storici, esercitarono un profondo influsso su Newton. Per More lo spazio non poteva essere vuoto, altrimenti non sarebbe esistito; a suo parere, peraltro, questa era in ogni caso un'osservazione irrilevante perché, anche se privo di corpi materiali, lo spazio è occupato dallo spirito e pertanto mai completamente vuoto. Newton fece sua tale idea, pur in una versione modificata, affermando che lo spazio è occupato da una "sostanza spirituale" oltre che dalle sostanze materiali. Egli si curò, tuttavia, di precisare che la prima non era d'ostacolo al moto della materia, con cui non interferiva in senso fisico. Lo spazio assoluto, concluse Newton, è il sensorio di Dio. Tali riflessioni filosofiche e religiose sullo spazio, come sottolinea Einstein, appaiono troppo imprecise sul piano descrittivo...Il grande filosofo tedesco Leibniz, contemporaneo di Newton, credeva fermamente che lo spazio in senso convenzionale non esistesse. Parlare dello spazio, asseriva Leibniz, non è che un modo semplice e pratico per codificare quel luogo in cui le cose sono relative le une alle altre. In assenza di corpi nello spazio, lo spazio stesso non ha un significato o un'esistenza propri. Pensiamo all'alfabeto inglese che ordina 26 lettere e stabilisce relazioni tra di esse quali, ad esempio, la a è seguita dalla b, la d precede di 6 lettere la j, la x segue di 3 lettere la u, e così via. Senza le lettere, tuttavia, l'alfabeto non ha alcun significato: non possiede, cioè, una "sovra-lettera", un'esistenza indipendente, ma ne assume una grazie alle lettere stesse, tra cui stabilisce una relazione lessicografica. Leibniz riteneva che lo stesso valesse per lo spazio: questo non ha alcun significato se non quello di fornirci il linguaggio naturale per poter discutere delle relazioni tra la posizione di 2 corpi. Secondo il filosofo, se tutti gli oggetti venissero rimossi dallo spazio, ossia se lo spazio fosse completamente vuoto, sarebbe privo di significato come un alfabeto senza lettere. Leibniz addusse un buon numero di argomentazioni a sostegno della sua visione relazionista, affermando ad esempio che se lo spazio esistesse davvero quale entità, quale sostanza di fondo, Dio avrebbe dovuto scegliere in quale sua parte collocare l'universo. Ma come poteva Dio, le cui decisioni hanno tutte una valida giustificazione e non sono mai casuali né fortuite, distinguere una posizione dall'altra nel vuoto uniforme dello spazio privo di corpi, dal momento che sono tutte uguali? Agli occhi di uno scienziato tale argomentazione appare piuttosto debole. Se però eliminiamo la componente teologica, come lo stesso Leibniz fece in altre argomentazioni, ci ritroviamo di fronte a questioni alquanto spinose: qual è la posizione dell'universo nello spazio? Se l'universo si muovesse tutto quanto di 3 metri a destra o a sinistra, senza modificare le posizioni relative dei corpi che lo compongono, come ce ne accorgeremmo? Qual è la velocità dell'intero universo nello spazio assoluto? Se siamo sostanzialmente incapaci di percepire lo spazio, o le variazioni al suo interno, in che modo possiamo sostenere che esista davvero? Newton, se, da un lato, conveniva sulla difficoltà o addirittura sull'impossibilità di percepire direttamemente lo spazio assoluto, dall'altro sosteneva che la sua esistenza aveva effetti osservabili: le accelerazioni esistono in relazione allo spazio assoluto...Con un'abile mossa, Newton spostò il dibattito sullo spazio dal piano filosofico al mondo dei dati scientificamente verificabili, con conseguenze tangibili. "Ammetto che vi è una differenza tra il moto assoluto vero di un corpo e una semplice variazione relativa della sua posizione rispetto a un altro corpo", avrebbe in seguito dichiarato Leibniz. Pur non trattandosi di una capitolazione di fronte all'idea newtoniana di spazio assoluto, tale affermazione rappresentò tuttavia un duro colpo al puro relazionismo. Nei 200 anni seguenti le tesi di Leibniz e di altri filosofi che negavano la realtà indipendente dello spazio non trovarono pressoché seguito nella comunità scientifica. Al contrario, l'ago della bilancia si spostò chiaramente dalla parte di Newton: le sue leggi del moto, basate sul concetto di spazio assoluto, ottennero il favore generale."

Dopodiché, aggiungo io, arrivò un certo Einstein e le cose mutarono profondamente! 
A seguito di questa (lunga ma doverosa!) introduzione, entriamo nel vivo del Carnevale e andiamo a scoprire tutti gli interessantissimi contributi che partecipano a tale festival della Fisica.
Vi anticipo che i contributi saranno organizzati in diverse categorie (ognuna delle quali terminerà con uno o più video musicali; stiamo o no su Scienza e Musica?) e accompagnati da svariate immagini: che Carnevale sarebbe senza musica e colori?
Bando alle ciance!

LO SPAZIO "FISICO"

Il giovane ma bravissimo Gabriele Giordano, dal blog Era Futura, invia un bel contributo dal titolo "L'Universo digitale".
Il suddetto articolo parte illustrando il suggestivo "principio olografico", introdotto dal Premio Nobel per la Fisica Gerard't Hooft, per arrivare ad analizzare la teoria del fisico Craig Hogan, il quale ritiene che lo spazio sia "fatto di pezzi, blocchi, frammenti" e che l'Universo risulti appunto digitale. Non vi resta che leggere l'interessante articolo per scoprire queste affascinanti teorie della Fisica!


Anche il sottoscritto ha elaborato un contributo per questa sezione del Carnevale. L'articolo si chiama "Un legame che trascende le distanze: l'entanglement". Ho cercato di spiegare nel modo più semplice possibile cosa sia questo strambo fenomeno quantistico (un legame che riesce ad oltrepassare pure grandissime distanze spaziali), compiendo anche analogie con delle fiabe! Dopodiché, verso la fine, ho descritto brevemente la teoria di Penrose-Hameroff concernente il funzionamento del cervello umano, appunto attraverso l'entanglement.


Colgo l'occasione, in questa prima sezione del Carnevale, per farvi notare, giusto un attimo, che la citazione introduttiva di questo Carnevale della Fisica è di un certo Carl Friedrich Gauss (che, per inciso, di contributi alla Fisica e alla Matematica ne ha forniti innumerevoli), il quale, se fosse ancora vivo, oggi, 30 aprile 2012, compirebbe 235 anni!
Per questo, dedico 2 stupendi video musicali (relativi a straordinarie variazioni sul tema "Happy Birthday") al "principe dei matematici".





LO SPAZIO ASTRONOMICO 

Roberto Flaibani, dal blog Il tredicesimo cavaliere, presenta il lungo articolo "Dal SETI archeologico nuove idee e obiettivi". La tematica del contributo è rappresentata principalmente da una domanda che tutti noi ci siamo chiesti almeno una volta nella vita: esistono forme di vita intelligente, esclusi noi, nell'Universo? E se sì, come contattarle? A questo proposito, nel 1974 è nato il SETI, organizzazione scientifica privata avente come fine la ricerca di segnali di vita intelligente extraterrestre. Roberto amplia la prospettiva, facendoci riflettere sulla possibilità di un SETI intergalattico, in cerca di resti appartenenti magari a civiltà aliene scomparse. Vi riporto, come assaggio, l'introduzione dell'articolo:

"Antiche specie aliene ormai estinte, o forse passate a un livello di
esistenza postbiologico, potrebbero aver disseminato nelle galassie
tracce e testimonianze del loro passaggio talmente cospicue da essere
individuabili a milioni di anni luce di distanza dai nostri strumenti
d'osservazione, per quanto primitivi al confronto. Come il classico
SETI su onde radio o su laser, così il nuovo SETI archeologico può
essere effettuato in background rispetto ad altre ricerche
tradizionali, riducendo così il suo costo virtualmente a zero, e senza
nemmeno interferire con il SETI classico.  Anzi, il SETI nel suo
complesso ne risulterebbe grandemente arricchito
."
 
Per il resto, andatelo a leggere; ne vale proprio la pena! 

Il presente Carnevale della Fisica ha l'onore di potersi avvalere di un contributo del Profeta Incerto, che aveva già partecipato ad alcune delle primissime edizioni del Carnevale. Egli ci manda dal suo blog il post denominato "Big Bang...Sssh!". Il suddetto contributo ci fa notare, anche attraverso un bellissimo video realizzato dallo stesso Profeta, come molto spesso i documentari scientifici rappresentino male il Big Bang (per inciso, l'evento che ha segnato l'origine dello spazio e del tempo), associandogli in sottofondo sempre un suono, una melodia o un rumore. Il Profeta constata giustamente che l'accompagnamento sonoro dovrebbe essere effettuato attraverso.........Non anticipo nulla, leggete il contributo e visionate il video posto al suo interno! 
 
La "regina dei Carnevali", la Prof. Annarita Ruberto (che, per inciso, ha organizzato 7 giorni fa un grandioso Carnevale della Chimica inerente al carbonio e alla chimica organica!), dal suo blog Scientificando, ci fa pervenire un articolo dal titolo "Prof. Quanto è grande l'Universo?". Il suo compito non è di quelli più semplici, ovvero spiegare a ragazzi tra gli 11 e i 14 anni quanto risulti immenso il cosmo di cui facciamo parte.
A seguito di una descrizione sulle distanze astronomiche e sul concetto di anno-luce, Annarita propone un'attività didattica, concretamente fattibile, per offrire una stima e una comprensione delle distanze astronomiche del Sistema Solare. Non vi resta che leggere il contributo e scoprire il trucco escogitato dalla straordinaria Prof. per rendere accessibili anche distanze spaziali così vaste! 

Un'altra domanda lecita sull'Universo è sicuramente: da cosa è formato?
Generalmente, a scuola studiamo che è costituito da pianeti, corpi rocciosi vari (meteoriti, asteroidi, comete), stelle, nebulose, galassie ecc., ma gli elementi appena citati designano solo una parte (molto piccola) dell'Universo.
Infatti, la maggior parte della materia che compone il nostro Universo è la misteriosa materia oscura, la cui esistenza fu dedotta per la prima volta "da Zwicky nella seconda metà degli anni '30 del XX secolo".
Di essa ci parla proprio un altro habitué dei Carnevali, Gianluigi Filippelli, curatore del blog Dropsea, nel post "La materia oscura nell'anello".
In cotal modo il bravissimo Gianluigi presenta il suo contributo:

"La materia oscura costituisce l'80% dell'Universo. La sua presenza è stata dedotta da prove indirette, ma ancora nessuna reale prova diretta (o quasi) è stata trovata all'interno degli acceleratori di particelle. Un trio di teorici ha proposto un modo per determinare i processi nei quali le particelle di materia oscura sono coinvolte e questo è un tentativo di raccontare i punti salienti di quella proposta."

Abbiamo già ricordato che oggi è 30 aprile; questo giorno segna pure "La giornata internazionale del Jazz" secondo l'UNESCO. Dunque, non posso esimermi dal pubblicare qualche favoloso brano Jazz in questo "Carnevale spaziale e musicale".





Visto che stiamo nella sezione relativa allo spazio astronomico, desidero riportare anche un video del bravissimo pianista Giovanni Renzo, nel quale esegue una suite per piano da "La distanza della Luna", un'opera di teatro musicale scritta dallo stesso Giovanni, tratta dall'omonimo racconto di Italo Calvino dalle "Cosmicomiche".


I VIAGGI NELLO SPAZIO

Marco Casolino, colui che ha ospitato la scorsa (e splendida!) edizione del Carnevale della Fisica focalizzata sulle bolle, invia, dal suo blog La curva dell'energia di legame, un articolo suddiviso in 3 parti, dal titolo "La strada per le stelle è aperta".
Se volete conoscere l'interessante storia dei viaggi spaziali dalla prospettiva dei Russi, allora non potete non leggere i contributi di Marco!


Luca Di Fino, che gestisce il blog Background Noise, ci invia un post, intitolato "In orbita con Murphy", relativo alle disavventure e agli inconvenienti occorsi all'esperimento ALTEA sulla Stazione Spaziale Internazionale, del quale lo stesso Luca si occupa. Si può asserire che la nota legge di Murphy ("Se qualcosa può andar male, lo farà") giochi un ruolo primario in questo interessante contributo! Vi fornisco giusto l'incipit:

"Immaginate di dover lavorare con software in versione beta che controlla un prototipo hardware di uno strumento scientifico. Immaginate di non essere né chi ha progettato il software o l'hardware e nemmeno chi lo deve usare. Ora immaginate che chi usa il tutto sia chiuso in un laboratorio dall'altra parte del mondo con cui non potete comunicare direttamente, che abbia imparato ad usare lo strumento in una sessione di training sempre troppo breve e troppo lontana nel tempo e che abbia pochissimo tempo da dedicarvi. Aggiungete di essere in un mondo dove la legge che regola il funzionamento di tutte le cose è la legge di Murphy. In questo modo forse potete avere una lontana idea di cosa significhi lavorare ad un esperimento sulla Stazione Spaziale."

Per comprendere in che modo si è manifestata la legge di Murphy in tale contesto, non fatevi scappare per nessun motivo il contributo di Luca!

A mo' di conclusione alla sezione dedicata ai viaggi nello spazio, non credo ci sia niente di meglio del brano "Also sprach Zarathustra" (Così parlò Zarathustra) di Richard Strauss, diventato famoso per essere la colonna sonora del film "2001: Odissea nello spazio", ispirato a un racconto di Arthur C. Clarke (che, tra l'altro, fu il primo a pensare che l'uomo potesse utilizzare dei satelliti artificiali, lanciati nello spazio, per le telecomunicazioni). Inoltre, manco a farlo apposta, il pezzo rappresenta l'introduzione dell'opera 30 di Strauss; il 30 è il numero portante di questo Carnevale!




VEDERE OLTRE GLI OSTACOLI SPAZIALI

Il poliedrico e assiduo contributore dei Carnevali scientifici, Paolo Pascucci, che conduce con maestria il suo blog Questione della Decisione, fornisce lo spunto per aprire un'altra sezione all'interno di questo Carnevale.
Infatti, Paolo contribuisce con un post dal titolo "Vedere dietro gli angoli: una camera laser dal MIT", in cui è presente un filmato illustrante come una video camera laser del MIT possa riuscire a osservare oggetti, anche se occultati da una parete. Come spesso è accaduto, la fantascienza potrebbe divenire realtà!


Giacché la presente svolge il ruolo di sezione relativa all'osservazione, propongo come accompagnamento musicale i seguenti video:





DAL MICROCOSMO AL MACROCOSMO

Lo spazio è infinitamente grande, da qualunque prospettiva lo si guardi.
L'instancabile Annarita ci propone un ulteriore contributo, un post intitolato "Il molto piccolo e il molto grande", relativo a un percorso didattico-sperimentale inerente alla misura delle distanze estremamente piccole ed estremamente grandi. Il contributo risale a qualche anno fa, ma non ha mai partecipato ad alcun Carnevale e risulta perfettamemente a tema con il presente evento. Dunque, godetevelo!


Il sottoscritto ha preparato un video appositamente per questo Carnevale, dal titolo "Breve Viaggio nello Spazio - Dalle Stringhe al Multiverso".
Il brano di sottofondo è la famosissima e straordinaria aria sulla quarta corda BWV 1068 di Johann Sebastian Bach, eseguita dall'Academy of St. Martin in the Fields.
Il filmato consiste in un breve viaggio nello spazio, dal microcosmo al macrocosmo, partendo dalle ipotetiche stringhe, passando per particelle, atomi, molecole e così via, sino a giungere ai confini dell'Universo e alla teoria del Multiverso.
Spero sia di vostro gradimento!



EXTRA MOENIA  

Se in un Carnevale scientifico non ci fossero gli articoli fuori tema, che Carnevale sarebbe?
Quelli che seguono sono dunque una serie di interessanti contributi extra moenia.
In realtà, è necessario specificare che essi risultano "relativamente fuori tema", in quanto il concetto di spazio è praticamente collegato a qualsiasi cosa! 


Paolo Pascucci contribuisce al Carnevale con altri 2 post!
Il primo, intitolato "I ferrofluidi: danze magnetiche", offre un magnifico video concernente tali singolari fluidi, "nei quali sono presenti in sospensione particelle ferromagnetiche".


Il secondo, dal titolo "Nasa: come le correnti oceaniche sciolgono i ghiacciai", è un articolo estremamente interessante che illustra, appunto, come le correnti oceaniche calde risultino alla base del progressivo scioglimento dei ghiacci dell'Antartide. Ecco un breve ma intenso passo dal contributo:

"I risultati mostrano come su 54 piattaforme di ghiaccio almeno 20 sono state sciolte principalmente dalle correnti oceaniche calde."

Mi raccomando, leggete il resto e visionate i filmati proposti da Paolo!


Gianluigi Filippelli ci propone per questa sezione un contributo, dal titolo "ITIS Galileo: Icarus", ispirato appunto al bellissimo spettacolo di Marco Paolini, ITIS Galileo, andato in onda su La7 la sera del 25 aprile.
Ecco come presenta il suo post lo stesso Gianluigi:

"Nella bella serata che La7 ha dedicato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso prima con la messa in onda di ITIS Galileo di Paolini e poi con le interviste dai laboratori, l'attore ha spiegato mirabilmente, tra le altre cose, anche l'esperimento ICARUS, ideato e progettato da Rubbia per fare misure di precisione sui neutrini. Il post riassume proprio il progetto del rilevatore e mostra le primissime misure pubblicate più o meno un anno fa."


 
Tra gli extra moenia rientra anche il mio articolo di carattere geofisico: "Indonesia: la regione geologicamente più instabile del mondo". In tale contributo, prendendo spunto dal terremoto occorso al largo di Sumatra l'11 aprile scorso, ho analizzato brevemente i motivi per cui si possa considerare tale regione quella geologicamente più pericolosa del nostro pianeta. Segnalo che anche i vulcani hanno un ruolo centrale nel suddetto post.


Adesso è venuto il momento di alcuni brani "carnevaleschi":





Siamo giunti alle battute finali di questo Carnevale della Fisica!



È suonata la campanella: è dunque venuto il momento di terminare!
È stato certamente un vero onore e piacere ospitare un evento così bello e così sorprendentemente ricco di spunti da cui imparare e rimanare stupiti.
Spero di essere stato all'altezza del compito, visto che è la prima volta che mi accingo ad ospitare un Carnevale scientifico, dopo tantissime partecipazioni alla stregua di contributore!
Il ringraziamento principale va a tutti i carnevalisti, che hanno partecipato con i loro splendidi contributi, senza i quali non sarebbe stato possibile organizzare tutto questo!
Riporto quindi un elenco sinottico dei partecipanti:

Gabriele Giordano
Roberto Flaibani
Il Profeta Incerto
Annarita Ruberto
Gianluigi Filippelli
Marco Casolino
Luca Di Fino
Paolo Pascucci
Leonardo Petrillo

Un altro sentito ringraziamento va ovviamente a tutti coloro che si fermeranno a leggere tale Carnevale e magari scopriranno qualcosa di nuovo e sorprendente, poiché una delle caratteristiche principali della scienza è proprio quella di lasciare lo stupore e la meraviglia a coloro che si avvicinano ad essa.
Il Carnevale è finito ma ricordatevi che l'evento continuerà di mese in mese sui blog che decideranno di assumerne la guida.
Therefore, this end is only the beginning!

12 commenti:

  1. Perbacco Leonardo, tiene fede al tuo nome! Un Carnevale che definirei ...poderoso! Ottima introduzione e antologia di articoli molto centrati sul tema e a carattere enciclopedico. E poi, dimostri un notevolissimo gusto musicale, il che non guasta.

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    1. Grazie mille Paolo!! Sono felice che ti sia piaciuta sia l'introduzione che l'organizzazione dei vari e magnifici contributi. Devo anche ringraziarti ulteriormente, visto che il tuo contributo sulla video camera laser del MIT mi ha permesso di aprire una nuova sezione all'interno del Carnevale! :)

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  2. Ciao, Leonardo. Mi sono già espressa positivamente su Google plus, ma voglio congratularmi con te anche qui. Hai saputo curare un'edizione poderosa, rubando l'attributo a Paolo.

    Complimenti a tutti i contributori ed un bravissimo a te.

    Annarita

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    1. Grazie mille anche qui Annarita!!! Ribadisco, è stato un grandissimo onore e piacere allestire questo evento. La buona riuscita si deve anche e soprattutto ai contributi veramente splendidi! Io ho solo cercato di sistemare tutto per bene, preparare un'introduzione adeguata all'importantissimo tema e dare quel tocco musicale che si confà a questo blog! Grazie ancora!! Tra una ventina di giorni, il secondo round con il Carnevale della Chimica! :)

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  3. Bello il post sul paradosso di Zenone :-)
    Una curiosità è che l'uomo non solo raggiunge la porta ma, teoricamente, potrebbe attraversarla senza aprirla.
    E' una conseguenza della Meccanica Quantistica. L'equazione di Shroedinger a descrive il fenomeno. Le sue derivate parziali del secondo ordine la fanno somigliare alle normali equazioni dei sistemi ondulatori continui.
    Quando, pero', si impongono dei “vincoli” come perturbazioni o buche di potenziale (che di fatto significa che una particella elementare quantistica, come un fotone o un elettrone, sta subendo l’influenza di un rilevatore/osservatore), l’andamento della funzione d’onda che ne descrive posizione e quantita' di moto, cambia e questa “collassa” in una soluzione o “autostato”, rivelando l’aspetto quantistico, non più continuo, della particella. Non solo i fotoni ed elettroni, ma anche tutte le altre particelle come protoni, neutroni e noi stessi e i corpi macroscopici hanno una funzione d’onda associata, solo che tanto più il corpo è grande, tanto meno l’aspetto ondulatorio è importante. Così, capita che una particella elementare può, grazie al suo aspetto ondulatorio e alle piccole dimensioni, uscire da una buca di potenziale per "effetto tunnel" , mentre noi, più grossi, abbiamo molte meno probabilità di attraversare una porta grazie allo stesso effetto. Ma attenzione, “meno probabilità”, non zero probabilità ! E’ anche questo il senso che sottende il principio di indeterminazione di Heisenberg. Il non poter separare perfettamente posizione e impulso di una particella dovrebbe significare che non è possibile separare del tutto uno dei due aspetti, onda e corpuscolo, dall’altro.

    Un saluto e complimenti a tutti i carnevalisti.

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    1. Grazie Marius per i complimenti e per la tua interessante spiegazione relativa alla Meccanica Quantistica!!

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  4. Complimenti davvero anche da parte mia! Hai fatto un lavoro splendido, bravissimo! Naturalmente complimenti anche ai partecipanti che rendono possibile ogni volta il ripetersi del carnevale!

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    1. Grazie mille anche qui Tania per l'apprezzamento e i complimenti!!! :)

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  5. Condivido ogni virgola di ogni elogia che ti è stata fatta, Leonardo.
    Complimenti anche a tutti i partecipanti.

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    1. Grazie mille Gabriele! Ti ringrazio anche e soprattutto per il tuo splendido contributo!!!! :)

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  6. Lo Spazio scandagliato nelle le sue diverse "forme". Musica e colori per un carnevale "spaziale". Già solo il tuo post di presentazione vale il biglietto d'ingresso e poi, visto che uno entra, è da matti non farsi un giro attraverso i vari contributi; io l'ho fatto e ne è valsa proprio la pena.
    Davvero complimenti a tutti.
    Un salutone
    Marco

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    1. Grazie Marco per essere entrato in questo Carnevale "spaziale" e musicale!!! Sono lieto che ti sia piaciuto!!! :)

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