Physics 4 Comics

7/26/2019 Physics 4 Comics

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LA FISICA A FUMETTI


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SOGGETTO

PONYSSCENEGGIATURA

Anna KOROBOVA

DISEGNI e COLORI

Maria Giada DEL VECCHIO

La fisica sbarca, o meglio, si teletrasporta, nel mondo dei comics! Ho il piacere di seguire,perch mi hanno nominato loro faculty advisor, il gruppo di studenti di fisica PONYS - Physics& Optics Naples Young Studentsche, dopo aver stupito i 130.000 visitatori di Futuro Remoto(ottobre 2015 a piazza Plebiscito, Napoli) con esperimenti di fisica da tavolo, ora si proponedi avvicinare gli appassionati di fumetti alla fisica, che solo nei fumetti e nella fantascienzariesce ad amplificare, oltre i limiti della realt, il suo campo dazione. In questo numero vedretecome funziona il martello di Thor, il teletrasporto di Star Trek, la spada laser di Star Wars, ilmantello dellinvisibilit di Harry Potter, il cervello positronico immaginato da Asimov, e comeSpiderman riesce a camminare sui muri. O meglio, come potrebbero funzionare tutte questecose se riuscissimo a forzare un po le leggi della fisica per fare quello che pi ci piace. Se avetevoglia di approfondire il discorso, sempre restando in ambito divulgativo, potete continuareleggendo la fisica di Star Trekdi Lawrence M. Krauss (2009) o la fisica dei supereroidi JamesKakalios (2014).

Ma in fisica ci sono anche supereroi che vivono e lavorano tra noi tutti i giorni, fuori e dentrole loro batcaverne. Oltre a scovare il bosone di Higgs e le onde gravitazionali, alcuni ricercatori,in Italia, usano fasci di particelle, simili a quelli del CERN di Ginevra, per distruggere tumoriche non potrebbero altrimenti essere curati. E in tutti i laboratori e centri di ricerca italianigiovani ricercatori affrontano, con i superpoteri della loro passione, le scarse opportunit ditrovare lavoro, in Italia, nel campo della ricerca, continuando comunque a produrre risultatidi altissimo livello. Speriamo che il mondo della ricerca italiana in futuro non diventi comeGotham City e che i governi ci riservino pi finanziamenti e opportunit, invece di finti sorrisialla Joker.

Luca Lista

PHYSICS 4 COMICS

Sezione di Napoli

Dipartimento diFisica E. PanciniUniversitFederico II


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Bui. Hhiaa e Viia

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Nel romanzo del 1881, Luomo invisibile, lo scrittore inglese Herbert George Wells raccontavadi uno scienziato che dedic lintera vita alla ricerca in ottica al punto tale da riuscire asviluppare un procedimento che permettesse di rendere invisibile qualsiasi cosa.Wells non fu il primo a scrivere sullinvisibilit ma, grazie alla sua immaginazione e allasua particolare capacit di descrivere in modo dettagliato e chiaro i fenomeni ottici di cuiraccontava, riuscito ad affascinare clamorosamente scrittori, registi e scienziati.Era il 1998 quando la scrittrice britannica J. K. Rowling pubblic Harry Potter e la PietraFilosofale facendoci innamorare di un piccolo Harry Potter alle prese con un mantello chedonasse linvisibilit. Chi non si mai divertito a immaginare di avvolgersi in un mantello eosservare il mondo circostante senza essere visti?La smodata passione degli uomini di controllare e manipolare la luce sicuramente pivecchia di ogni produzione artistica sullinvisibilit, ma ha permesso a diversi scienziati,grazie allimpiego delle moderne tecnologie, di realizzare il desiderio di Wells e di ogni altro

sognatore: linvisibilit!Va sottolineato che linvisibilit sviluppata nei laboratori ed impiegata nella ricerca (come nelleopere citate) non ha alcuna connotazione magica: gli oggetti non scompaiono mai, piuttostosono opportunamente nascosti ai dispositivi di rivelazione. possibile rendere invisibileallocchio umano un oggetto senza renderlo intangibile.Le pi recenti scoperte in campo tecnologico hanno permesso lo sviluppo di nuovi materialiingegnerizzati, detti metamateriali, in grado di deflettere, far propagare e assorbire laradiazione luminosa in modi non ancora osservati in natura. Con limpiego di metamateriali,ad esempio, possibile guidare il flusso della radiazione elettromagnetica (la luce) in modo chequesta oltrepassi un ostacolo senza essere n riflessa n diffusa cos da ottenere linvisibilit.Tuttavia nel 2014 J. Choi e J. Howell, delluniversit di Rochester, sono riusciti a ricreare

linvisibilit con materiale meno costoso, in grado di superare alcune limitazioni imposte daimetamateriali oltrech di facile reperibilit: le lenti. Hanno, infatti, realizzato un sistema dilenti capace di deviare il percorso dei raggi luminosi e rendere invisibile una regione che vienesemplicemente evitata dalla luce. Un sistema del genere sarebbe certamente meno pratico daindossare rispetto al mantello di Harry Potter.

Daniele Cozzolino

LINVISIBILIT


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Maia. S , l ,l die uti. Ma equa i iuada l u i di lue.

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ATENZIONE!

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iuale.

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Taae.

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Il cervello positronico fu una delle scoperte pi straordinarie dellumanit.

Linvenzione allorigine della mente ormai impazzita del robot guasto arriv

verso la fne del XX secolo dallo scienziato Lawrence Robertson, stravolgendo le

leggi della cibernetica e portando a sostituire i pesanti calcolatori dellepocafatti di relais e cellule fotoelettriche con un globo spugnoso in platiniridio

delle dimensioni di un cervello umano.

Il platino e liridio furono scelti senzaltro per essere due metalli fra i pi resistenti allacorrosione: in lega, forniscono un materiale a coefficiente termico nullo cio che d sempre lestesse prestazioni, anche a temperatura molto elevata usato in meccanica, come nelle candeledellautomobile o del motorino.Quello che appare pi straordinario a noi, ultimi cibernetici del XXI secolo, non la correntedi positroni che alimenta i circuiti del cervello robotico, bens la facilit con la quale questemacchine di fantasia realizzino compiti fuori dalla nostra attuale portata.

Da un lato, nemmeno noi abbiamo pi i computer fatti di valvole che negli anni 50 occupavanointere stanze e si chiamavano mainframe: ora i circuiti integrati fatti di silicio sono cos leggeried efficienti che abbiamo la potenza di un mainframe in uno smartphone. Non possiamoneanche dire che i nostri programmi non apprendano dallesperienza, visto che i motori diricerca di Google o Amazon imparano a fornire risposte plasmate sui gusti dei loro utenti-clienti.Stupisce, dei robot nati dalla geniale mente di Asimov, la presa di coscienza, la consapevolezzadi esistere e il comportarsi di conseguenza. Tutto nasce con la macchina universale di Turing:una serie di comandi molto semplici che compongono un programma che ne leggeun altro (Inostri PC sono macchine universali: hardware che eseguesoftware). Per un tale programmapu anche leggereil suo stesso codice costitutivo e quindi realizzare, in una certa maniera,

losservazione, quindi la consapevolezza, della propria esistenza. Questo il punto di partenzadella capacit di introspezione che hanno i robot positronici, i cui schemi celebrali, nelle operedi Asimov, vennero perfezionati dalla psico-matematica Susan Calvin per tararli sulle famosetre leggi della robotica.I computer di oggi sono ben poco coscienti di s, anche se la moderna intelligenza artificiale haprodotto macchine capaci di ragionamenti criptici e complessi, dove le risposte non sono tuttepredefinite, bens emergono dallelaborazione elettronica, offrendoci unimitazione di pensierocapace anche di simulare emozioni.

Alexandre Albore

IL CERVELLO POSITRONICO


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E quelae?

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la e l iam i ala adi, aae iea imaii u Gole.

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que e. Sadal dei ui deelehe di lai-iidi del

Wii, 2154.

* Salvador Dal

Il lea ii. quaii.I eei iii

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I e, adeanaa. Diiasete

ani, e ut daquiae.

Il i aiRajwkij e u

ai da aiua aa i Taa.N i ad ai, aea

aua di edeelaee.

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Un martello in grado di generare fulmini deve essere in grado di generare una grande

differenza di potenziale, basti pensare al meccanismo con cui i fulmini si formano durante itemporali: un grande accumulo di carica negativa genera una scarica elettrica nellatmosferasottoposta a forze molto elevate. Sebbene esistano modi pi semplici per ottenere dei piccolifulmini fatti in casa, a noi piace pensare che Thor, il Dio del Tuonodella fredda Scandinavia, siserva di un particolare circuito a base di superconduttori.I superconduttori sono materiali dalle incredibili propriet, per esempio possono trasportaregrosse correnti senza alcuna dispersione, perch hanno resistenza elettrica nulla, e sono ingrado di schermare completamente i campi magnetici. Queste propriet macroscopiche hannotutte la stessa origine microscopica: al di sotto di una certa temperatura (detta temperaturacritica), gli elettroni smettono di essere delle particelle isolate e formano delle coppie, dettecoppie di Cooper, che dal punto di vista della meccanica quantistica hanno caratteristichetotalmente diverse da quelle dei singoli elettroni, tali da consentire il trasporto senza

dissipazione di correnti elettriche e la schermatura completa dei campi magnetici.Lesistenza delle coppie di Cooper ci ha dato lidea per una realizzazione del martello di Thor:un materiale in cui gli elettroni circolano senza incontrare resistenza, e per di pi a coppieanzich singolarmente, ci sembra un candidato perfetto per dar luogo allaccumulo di carichenecessario alla creazione di un fulmine paragonabile a quelli che vediamo durante in temporaliin un volume ridotto come quello di un martello. Circuiti a superconduttore in cui si verificaun accumulo di coppie di Cooper in una certa zona dello spazio esistono, e si chiamano Cooperpair boxes, ma anzich essere usati per produrre fulmini come noi immaginiamo vengono usaticome mattoni fondamentali (q-bit) nella computazione quantistica.Ma allora perch Thor lunico in grado di maneggiare Mjllnir?Oltre al fatto che un comune mortale non riuscirebbe a controllare la generazione di unfulmine, i materiali superconduttori, per essere tali, devono essere raffreddati a temperaturebassissime, almeno -200C, troppo basse perch chiunque, a parte un dio norreno, possasubirle senza gravi conseguenze.

Roberta Caruso

MJLLNIR, IL MARTELLOSUPERCONDUTTORE DI THOR


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hi ea?

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ali i aei utiuuali.

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See a i iedi,i dana i, aatae qualhe

dana il. Hey, Th!Ca i aia,

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del eei,diea.

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a il u danaae?

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Non so, avete mai provato a simulare un incontro di scherma con i simpaticissimi laser cinesi

venduti in quasi tutti i mercatini della domenica? No? Io vi dico che potrete limitarvi a farimpazzire il gatto del vicino o ad accecare lo spettatore seduto di fronte a voi allo stadio. Questoperch il pi grande errore di traduzione della celeberrima saga Star Wars ha creato in tuttinoi lidea che ci si potesse davvero scontrare a suon di luce. Ho lingrato compito di spiegarviil perch non sia possibile e ammetto che al momento mi sento come il fratello maggiore chedeve spiegare ai cugini pi piccoli che il Babbo Natale, che hanno visto la sera del 24 dicembre,non altro che il nonno travestito.Cominciamo dal principio, ovvero con la parola Lightsaber, nome con il quale gli anglofonichiamano quelle che per noi sono le spade laser: essa significa letteralmente sciabolaluminosa e non spada di luce come ci hanno portato a pensare. E sarebbe impensabileusarla in combattimento, poich tra tutti gli oggetti studiati dalla fisica, la luce (o onde

elettromagnetiche) tende molto raramente a interagire con se stessa.Due fasci di luce che si scontrano si sovrappongono senza collidere e in alcune condizionisi sommano, andando al pi a illuminare meglio i contendenti; tra le altre cose, proprio lacaratteristica pi sorprendente della luce e si chiama principio di sovrapposizione. Provateora a muovere il laser cinese nellaria. Riuscite a sentire quei pneu pneu che sentite nei film?Niente? Vi posso assicurare che la luce non emette alcun suono: nonostante con la luce sipossano muovere gli oggetti (vedi optomeccanica) tale effetto non riuscirebbe a muovere unquantitativo di molecole tale da generare un qualsiasi tipo di onda sonora.Nella realt un combattimento Jedi si ridurrebbe soltanto a due tizi, vestiti da francescani, chevolteggiano e svolazzano in giro brandendo laser senza che emettano il caratteristico suono esenza la possibilit di scontrare le lame. Bello, vero?

Lorenzo Colaizzi

PERCH LE SPADE NON POSSONOESSERE LASER


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Viia Tue da quea ae.

Raaza adaile.

Sia quaiariai.

Vedese laiie leale

he ha at aaaa di Rajeh laetiaa a.

S, hdieiheza le ailiiie

a...

Quad i hlaia ehe u diel.

Oa i ilae!

Sl uae del

ale.

T ipailela a aaa di

ee ieiihe!La lue i u

iae!

basta!

N, diu!

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12/1612

I ragni fanno paura a molte persone e sono certamente tra i meno amati del regno animale,

tuttavia al mondo sono pochi coloro che rinuncerebbero a poter essere almeno per un giornoSpiderman, lUomo Ragno. La sua capacit di camminare agilmente su qualsiasi tipo di parete,di saltare da un palazzo allaltro lanciando velocissime ragnatele, talmente forti da poterfrenare un treno in corsa stracolmo di gente, fanno di lui uno dei supereroi pi amati deifumetti.Tutte queste straordinarie abilit, che un essere umano pu acquisire solo se morso daun ragno radioattivo, almeno nei fumetti, sono invece proprie di molte specie in natura equesto ha portato recentemente molti fisici a interrogarsi sulla possibilit di replicare questisuperpoteri avvalendosi delle moderne tecnologie a nostra disposizione. Esiste un campodella scienza chiamato biomimetica che studia la natura come fonte di ispirazione per ilmiglioramento delle attivit e tecnologie umane. Cos i ricercatori studiano la capacit dei

ragni di aderire alle pareti, o delle loro ragnatele di sopportare immensi sforzi, nel tentativo direndere queste abilit accessibili anche ai pi aracnofobici.Gli animali arrampicatori, come i ragni o le lucertole, presentano dei particolari cuscinettiadesivi sulle loro estremit che agiscono con forze di natura elettrica tra molecole dette forzedi Van Der Waals. La superficie di questi cuscinetti dipende dalla grandezza dellanimale.Allaumentare delle dimensioni dellanimale aumenta anche la superficie adesiva necessariaper reggere un peso sempre maggiore. Ma l aumento di peso, negli animali, non corrispondenecessariamente a un aumento proporzionale della superficie corporea. Luomo avrebbebisogno di cuscinetti adesivi sparsi nel 40% del corpo per potersi arrampicare sui muri. Questovalore raggiunge addirittura l80% se consideriamo solo la parte frontale del nostro corponellatto di arrampicarsi su un grattacielo. Secondo gli studi fatti da un gruppo di Cambridge,

un presunto Spiderman dovrebbe indossare scarpe di misura 145 per riuscirci, taglia cheindica una tale sproporzione rispetto alla corporatura umana da non essere evolutivamenteconcepibile!Non ci resta che aspettare quindi che gli scienziati trovino il modo di trasformare in supereroeil Peter Parker che in ognuno di noi se vogliamo stupire la nostra Mary Jane con un bel bacioa testa in gi!

Antigone Marino

SPIDERMAN, QUANDO LA FANTASIAISPIRA LA SCIENZA!


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Pede utlii, abiaut t

, a!

il ii deea eae a ut

liiu di esee uii!

Ed ec he l i! Ma a le aeae he ia iu iae le

ie deli ali?

Guadi, queu iiquiea, i ui eacie leesie asee.

Peh la eequad iazie

ede ai di eseeu iliet uati ,

ua aaa?

Peda le ue ediie, eua ua la! Vule

ia idui e il ai Sidey, l?

I eal, laa i lia

ui abia asiigi. Teieueiiale.

Ma li lael eae,

e? Il at

i, a eae die ae u di lia i que

!

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Queste parole pronunciate allufficiale ingegnere capo Montgomery Scott, addetto alla

soluzione dei problemi tecnicamente pi ostici sulla nave stellare Enterprise, hanno il potere,nelluniverso di Star Trek, di avviare quello che noto ai pi come teletrasporto. Sin dagli anni60 i nostri Spock o Kirk di turno ci hanno abituato a scomparse in grande stile: immersi inuna nuvola di dati i nostri eroi possono riapparire in luoghi completamente diversi a secondadelle intergalattiche esigenze del momento. Il teletrasporto nella visionaria realt di StarTrek tuttaltro che semplice: il compensatore di Heisenberg crea una mappa del corpo dateletrasportare, registrando in un computer la posizione di tutti i quark ed elettroni presentinel soggetto e solo dopo la creazione della mappa il corpo pu essere smaterializzato nel luogodi partenza e riassemblato a destinazione utilizzando la mappa come schema di montaggio.Questa complessa e affascinante tecnologia tornerebbe utile pressoch a tutti coloro cheabbiano avuto la sfortuna di salire su un autobus allora di punta almeno una volta nella vita e

pertanto la domanda sorge spontanea: siamo davvero cos lontani dal teletrasporto?In realt il teletrasporto in fisica esiste gi. Si tratta di una raffinatissima tecnica messa apunto nellambito degli esperimenti sulla meccanica quantistica che consente di riprodurreuna copia esatta di uno stato quantistico, in un punto distante anche migliaia di km, sfruttandoil fenomeno dellentanglement. Gli esperimenti di teletrasporto messi a punto fino ad orapresentano delle somiglianze con quello che si vede nella saga di Star Trek, ad esempio unipotetico Capitano Kirk che volesse teletrasportarsi su Tarsus IV dovrebbe necessariamenteessere distrutto nel luogo di origine: in sostanza, non potrebbero coesistere due Capitani Kirk.Tuttavia ci sono svariati limiti che al momento impedisce al teletrasporto di essere il nostromezzo di trasporto preferito. Quello forse sostanziale che si tratta di trasporto dinformazionee non di materia. Questo implica che il supporto fisico su cui sintende teletrasportare un dato

stato quantistico deve essere gi presente nel luogo di arrivo. Non basta quindi distruggereun Capitano Kirk sulla terra per averne uno su Tarsus IV se ivi non gi presente una copiabiologicamente indistinguibile dello stesso.Tutto ci porta a credere poco nella possibilit di un futuro di viaggi velocissimi, ma maidire mai! Forse un giorno lo sviluppo delle tecnologie ci consentir, stavolta per davvero, diapprofittare delle meravigliose e sconfinate potenzialit della meccanica quantistica!Lunga vita e prosperit.

Michela Florinda Picardi

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la quaa la idue etiae, Sa!

Si u aee edial ai?

Ed liiu

i iu diMahata!

Be, imaihe ia utelai.

Beam me up,ScoTy!

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