quest io nedelladecisio ne.blo gspo t .ithttp://questionedelladecisione.blogspot.it/2013/01/carnevale-della-fisica-39-i-paradossi.html

Carnevale della Fisica #39: I paradossi della fisica

Lo studio della f isica riguarda un settore molto ampiodei f enomeni naturali. Tanto per citare alcune macro-branche di questa disciplina, troviamo ad esempio laf isica matematica, la f isica dello stato solido, laf isica nucleare , la f isica delle particelleelementari, l'astrofisica, la f isica cibernetica, laf isica medica e la geofisica, che a loro volta sisuddividono in sottocategorie e specializzazioniulteriori, a coprire quasi tutto il campo delloscibile (seguo l'indice pubblicato alla voce f isica suit.Wikipedia).L'osservazione della realtà e il tentativo di spiegare if enomeni che si verif icano sono da sempre lostimolo f ondamentale alla conoscenza. Fin dal tempodella f ilosof ia naturale degli antichi greci, i f enomeni

naturali sono stati impulso f ondamentale alla comprensione della realtà, anche se a volte le conclusionisono state un po' lontane dal vero. E' ovvio che i primi tentativi di descrivere il mondo che ci circonda, compreso quel cielo stellato sopra dinoi, erano f rammisti a concezioni metaf isiche, inf luenzati da quello che potremo chiamare il pensieromagico o religioso, e che mancava quello che oggi consideriamo il requisito indispensabile dell'indaginescientif ica, quel metodo sperimentale di origine galileiana al quale si f a risalire lo spartiacque tra unprima e un dopo rispetto alla conoscenza scientif ica.

A cavallo di questo passaggio, anche prima ma molto soprattutto dopo, per la maggiore dif f usione diquella presunzione t ipicamente umana di f ornire spiegazioni delle ragioni di ogni cosa, insieme a questaricerca delle spiegazioni e agli strumenti utili per trovarle, stanno i f enomeni inspiegabili e le convinzionif alse, f orse tappa obbligata nel percorso che va dall'oscurità dell'ignoranza alla luce della conoscenza.Fanno parte di questi f enomeni inspiegabili e di queste convinzioni f alse i paradossi, situazioni in cui ciòche si pensava f ino a un minuto prima non vale più, sia perchè insuf f iciente a spiegare le nuoveosservazioni sia perchè in aperto contrasto con quanto si osserva o si crede di osservare.

Uno dei paradossi più antichi, il paradosso del mentitore , non riguarda un f enomeno naturaleosservabile ma propriamente lo strumento di indagine più utilizzato dagli esseri umani per conoscere: illinguaggio stesso. E' quello che si f a risalire a Epimenide di Creta, che disse "I cretesi sono bugiardi", conl'osservazione che era lui stesso cretese. Non si sa se l'intento f osse quello di smascherare oevidenziare un paradosso, o di dire semplicemente una cosa che pensava, perchè Epimenide non dissenè tutti nè sempre, e inf att i questa f rase non è ritenuta paradossale perchè non è sicuramente vera mapuò essere falsa mentre la f rase di Eubulide "Io sto mentendo", un secolo dopo quella di Epimenide,soddisf a i requisit i di essere nè vera nè falsa, e quindi è un vero paradosso .

Insieme ai primi paradossi riconducibili all'autoref erenzialità del linguaggio, si scoprono e cominciano adessere af f rontati i primi paradossi f isici che, per la loro stretta att inenza con il mondo materiale,vengono anche chiamati paradossi meccanici. Uno dei più f amosi è quello del doppio cono che camminain salita. Questi f enomeni, apparentemente paradossali ma in realtà perf ettamente spiegabili con le leggidella f isica, cominciavano ad essere utilizzati come strumenti di insegnamento sin dalla metà del XVIIIsecolo. Si veda questo f ilmato tratto dal Museo Galileo dell'Istituto e Museo di Storia della Scienza di

cliccare p e r ve d e re i l fi lmato

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Firenze.

Come detto, i paradossi non sonosempre situazioni intricate dovute abisticci logici o ambiguità linguistiche, mariguardano anche credenze popolari chevengono meno di f ronte ad eventigiudicati impossibili. Per esempio, nel XVIsecolo, Simon Stevin chiarì quello chevenne chiamato il paradossoidrostatico, in cui si stabilisce che lapressione idrostatica esercitata da unacolonna d'acqua su un recipiente chiusodipende dall'altezza della colonna e nondalla sua f orma o volume. Uninteressante f ilmato, sempre del MuseoGalileo, con straordinari repertif otograf ici di apparecchiature d'epoca,traccia una breve storia dell'idrostatica e dell'idraulica, toccando anche il paradosso idrostatico.

Non si pensi però che sia solol'ignoranza a generare i paradossi ol'assistere alle manif estazioni di unalegge f isica nota in f orma inconsueta.Alle volte anche nuove scopertescientif iche, modif icando i paradigmi dirif erimento, possono f ar sorgereparadossi là dove si riteneva ci f osseuna certezza, anche se spesso, inult ima analisi, si dimostra che ilparadosso è solo apparente ed èdovuto a un f raintendimento delleimplicazioni delle nuove teorie. Unclassico esempio è quello dei viagginello spazio a velocità elevate, come ilparadosso dei gemelli, basato sulleasserzioni di Einstein che alla velocità della luce il tempo rallenta, la cosiddetta dilatazione temporaleprevista dalla teoria della relatività. Se si immagina uno di due gemelli partire per un viaggio spaziale avelocità prossime a quelle della luce e l'altro rimanere sulla Terra, sapendo che a velocità prossime aquelle della luce il tempo rallenta, l'orologio, anche quello biologico, del gemello sull'astronave batterà più lentamente e al ritorno egli sarà più giovane del gemello rimasto. In realtà non è così, perchè i sistemidi rif erimento in gioco sono diversi:

L'apparente contraddizione si risolve osservando che, mentre quello della Terra è unsistema di riferimento inerziale, quello dell'astronave non lo è. L'astronave nonmantiene infatti una velocità costante per tutta la durata del viaggio, ma prima accelerafino alla velocità di crociera, poi frena, inverte la rotta e riaccelera per tornareindietro, e poi frena di nuovo.

Si devono quindi considerare non due, ma tre sistemi di riferimento inerziali: quellodella Terra, quello dell'astronave nel viaggio di andata, che si muove rispetto alla Terradi velocità v, e quello dell'astronave nel viaggio di ritorno, che si muove rispetto alla

Terra di velocità -v (cioè v nella direzione opposta), tralasciando i tempi diaccelerazione/decelerazione, che per velocità così elevate sarebbero comunquesignificativi.[paradosso dei gemelli su it.Wikipedia]

Si osservi questa immagine tratta dalla voce su Wikipedia citata, con un diagramma di Minkowski dei tresistemi di rif erimento in cui si vede che nei tre sistemi, in nero quello della terra, in blu quello del viaggiodi andata e in rosso quello del viaggio di ritorno, l'evento simultaneo B è visto, in ogni sistema dirif erimento, in un punto diverso: D', D e D''.

Siamo al termine di questa inf ormale presentazione. Inquesta breve introduzione al mondo dei paradossiabbiamo cercato di comprendere quali generi di paradossisi possono trovare nella f isica, come il linguaggio direlazione che noi utilizziamo si presti benissimo agenerarli e di come spesso l'esistenza del paradosso sideve solo alla nostra ignoranza più che all'esistenza dicontraddizioni della natura. Nonostante questo, moltiparadossi riguardanti la realtà macroscopica, puravvertendoli come tali, sappiamo, in f ondo, che nonpossono essere veri perchè la realtà di cui abbiamoesperienza è tangibile, autoconsistente. Però, laconoscenza amplia il numero dei f enomeni a disposizionedell'esperienza, anche se molto spesso è unaconoscenza ristretta a poche persone. Tipico esempio èla meccanica quantistica, con tutt i gli strani f enomeni chesi verif icano a livello microscopico. In questo caso, immaginazione e poca conoscenza sono in grado dif ar nascere quelli che potremo def inire paradossi ai quali crediamo, appunto perchè così lontani dallarealtà che viviamo tutt i i giorni. Ma non è così: anche in quel caso, se solo potessimo f are esperienzadella realtà microscopica così come la f acciamo della realtà macroscopica, non troveremmo nulla distrano nel comportamento delle particelle elementari e non ci sembrerebbero così paradossali. Certo chesull'integrazione macro-micro molti si sono cimentati e ancora adesso una certa incompatibilità tra teorief isiche esiste. Che dire: f orse è proprio un limite del pensiero umano quello di non riuscire ad abbracciaretutta la realtà. Se f osse così non potremmo f arci niente. Intanto, anche i paradossi servono: tante volte èdal tentativo di spiegarli e ridurli alla ragione che proviene la nostra conoscenza del mondo.

E ora, si comincia!

Andrea Belli. Il primo contributo è quello di Andrea Belli. Andrea è un giovane di 18anni af f etto purtroppo da una rara e invalidante patologia ereditariache lo ha costretto a una lunghissima serie di interventi chirurgici.Questo però non gli ha impedito di impegnarsi con ottimi risultatinegli studi. Ecco una biograf ia tratta dal suo canale Youtube . .

"Mi chiamo Andrea Belli, ho 18 anni e vivo a Cremona. Sono nato con una malattia rara chiamataestrofia vescicale, ad oggi ho subito 24 interventi chirurgici e buona parte della mia vita l'ho passata inospedale. Ma non sono solo questo, frequento un liceo scientifico, in 4 anni ho vinto 8 borse di studio esono stato premiato per due anni consecutivi "Talento regione Lombardia"."

L'articolo si intitola Femto-photography: 1,000,000,000,000 FPS e parla di una nuova tecnica elaborata

al MIT, che sf rutta l'emissione laser ad alta f requenza, dotata di strane e straordinarie proprietà:

E’ questa la nuova strabiliante tecnologia del MIT: una fotocamera così dettagliata chepermette di osservare la luce stessa in movimento.

Tutto ciò di cui si ha bisogno è un laser e il segreto consiste nell’accenderlo e spegnerloun trilione di volte al secondo; questo numero da capogiro permette di creare piccolipacchetti di fotoni lunghi circa 1 mm, infine grazie ad alcune tecniche analitiche(Streak camera) è possibile ricostruire il modo in cui essi si infrangono contro glioggetti ottenendo questo risultato:

La cosa veramente affascinante diquesta gif è la seguente: Poichèstiamo parlando di luce succedonocose strane, in particolare fenomeniche dovrebbero avveniretemporalmente prima, avvengonoinvece dopo! Nulla che “qualcuno”non abbia previsto, ma vederloancora una volta confermatoattraverso questa tecnologia cipermette di osservare quellabellezza nascosta ai nostri sensi dicui il mondo è così fantasticamenteintarsiato.

Questo tipo di fotografia agli occhi di molti potrebbe sembrare un semplice ninnolo, masono ben felice di smentirvi: essa infatti, seppure in uno stato embrionale, permetterebbedi creare strumenti capaci di osservare dietro angoli nascosti. Quelli di Nature hannorealizzato questo splendido video per spiegarne il meccanismo

E qui le applicazioni nella vita quotidiana si sprecano, da fotocamere pensate percercare superstiti durante un incendio, a endoscopi capaci di vedere in zone nascoste delnostro corpo. Ma vorrei soffermarmi un attimo sul lato romantico di questa invenzione.Tutto ciò mi porta alla memoria le parole del leggendario Feynman: un Re Mida chenel suo sapere trasformava in oro gli oggetti comuni, caricandoli di un'intensa bellezzascientifica mostrando così un mondo meraviglioso nascosto ai più. La tecnologia, nellasua componente magica e lontana, deve erudire l’uomo a quella concezione del belloun tempo appannaggio dell’arte, della fotografia. In tempi così drammatici quel mondoesotico illustrato dall’articolo vive già , poichè anche in vitro quest’embrione è un sanoesercizio di quel muscolo che è la speranza, speranza resa forte dallo splendore dellanatura: il pensiero si perde in questa sublime visione e l'animo ne esce fortificato. Manon deve essere una bellezza di nicchia, neanche fosse una religione, poichè è compitodi chi vede questo noumeno mancato mostrarlo al prossimo. Così, uomini e donne siriuniscono in un gioioso carnevale per essere araldi della scienza, regina del bello esincera amica del sublime.

Scienza e Musica + Tamburo Riparato.Leonardo PetrilloLeonardo è un habituè dei Carnevali e, in questa occasione, presenta duecontributi diversi ma entrambi di straordinario livello, anche se il secondomascherato da divertissement. Il primo lavoro parla del Paradosso dell'asta delf ienile, un paradosso anche conosciuto con il nome di ladder paradox, quelloche si può considerare un esperimento mentale sulla relatività speciale in cui la

pretesa simultaneità di eventi di un'asta che entra e non entra in un f ienile variando di lunghezza rispettoal f ienile (o è il f ienile che cambia dimensione?) ci mette sotto stress e il cui risultato è invece che "aseconda della prospettiva scelta, la stessa asta può o non può essere rinchiusa dentro il fienile, cosa che sembraveramente assurda agli occhi di una persona comune":

La teoria della relatività: chi non ha mai sentitoparlare di tale straordinaria teoria elaborata dallageniale mente di Albert Einstein (e non solo)?

In questo blog ne abbiamo parlato già più volte,come, ad esempio, nell'articolo "Dio non gioca adadi con l'Universo: Relatività Generale vsMeccanica Quantistica", oppure nel post "Il tempo ele sue numerose accezioni".

Questa volta andremo ad analizzare un paradossoalquanto singolare relativo alla relatività speciale,

un paradosso non conosciuto come quello dei gemelli: trattasi del paradosso dell'astadel fienile.

Nel descriverlo, andremo anche a scoprire alcuni dei concetti alla base della relativitàristretta: le trasformazioni di Lorentz, che prendono il nome dal fisico olandese HendrikAntoon Lorentz.

Innanzitutto cominciamo enunciando tale paradosso!Un saltatore d'asta corre, tenendol'asta parallela al suolo, molto rapidamente: affinché questo paradosso funzioni occorresupporre che esso corra a una velocità prossima a quella della luce.

Nel secondo, con la scusa del pattinaggio, ci parla del momento angolare, che non si sa se è parentedella pietra angolare ma comunque dal nome alt isonante che ha deve essere qualcosa di importante. Lof a sul Tamburo Riparato, blog collett ivo che lo vede tra le recenti acquisizioni. Inf att i, l'art icolo che siintitola subdolamente Un momento divertente! inizia con un'autopresentazione:

Grazie al gentile invito di Bruna, giungo su questo straordinario blog!

Il presente rappresenta appunto il mio primo post qui. Prima di incominciare, qualcunosi starà chiedendo chi sono. In breve, sono uno studente di Fisica appassionato discienza (di ogni genere) e di buona musica (con una predilizione per la classica e iljazz) e, da qualche anno, anche blogger scientifico; infatti, gestisco un blog che sichiama (appunto) Scienza e Musica.

Neuromancer. Carmelo di MauroCarmelo è psicologo e psicoterapeuta, e partecipa anche lui per laprima volta ai Carnevali. Interrogato al proposito ecco cosa dice dise stesso:

Laureato in psicologia sperimentale, specializzato in psicoterapia cognitiva-costruttivista, ha lavorato (come volontario in camicia di forza) per 4 anni in un centrodi salute mentale presso un asl periferico di Roma per conoscere a fondo i disturbimentali individuali e familiari. Nel frattempo (per pagare vitto e alloggio...) lavora inprivato come educatore, terapista per cervelli neurodiversi (autistici), si prestagrauitamente (che pazzo!) a svolgere il ruolo di psicologo nella scuola media, dovelavora ufficialmente come aec (operatore educativo), talvolta segue un paio di pazientiin privato per non dimenticarsi di essere pure uno psicoterapeuta e continua a studiaresenza sosta (perché quando sembra di aver capito qualcosa, si accorge che si trattasoltanto di aver compreso di non saper nulla). Infine, scrive strani articoli divulgativi dipsicologia, tra scienza e fantascienza, sul blog Neuromancer.

Partecipa al Carnevale con un articolo di grandissimo interesse sulla natura stessa del tema scelto: iparadossi. Che cosa signif icano dal punto di vista psicologico e cognitivo i paradossi? Qualiconseguenze hanno sul nostro modo di ragionare e che relazione esiste con la patologia psichiatrica?Sentiamo ancora cosa dice Carmelo degli intenti del suo lavoro:

Ho trattato il concetto del paradosso nell'ambito della psicopatologia, andando quindioltre l'ambito puramente linguistico e logico-matematico.

In particolare, ho messo in luce gli effetti reali e pragmatici che il paradosso puòconseguire in specifiche condizioni sociali, sottolineando il valore relazionale nellapatogenesi del disturbo mentale e in special modo nella formazione della schizofrenia edei disturbi dissociativi.

Per chi è interessato alle questioni psicologiche è un must: I paradossi in psicologia.

Il paradosso è un concetto speciale in psicologia e ha ricevutomolta attenzione soprattutto dagli psicologi che hanno studiatoa fondo la comunicazione umana all’interno delle relazionisociali. Il paradosso in greco indica una “contro opinione”,ovvero la conclusione contraddittoria di un ragionamentocorretto basato su premesse sensate. In altre parole, partendoda affermazioni che hanno un senso, una volta messe aconfronto ne scaturisce una conclusione contraddittoria. Da un

punto di vista psicologico, l’aspetto rilevante riguarda iprocessi mentali attivi nella mente per trovare una risoluzione

che non può esserci e che sono accompagnati da una particolare reazione emotiva.

Possiamo raggruppare i paradossi in tre grandi famiglie:

i paradossi logico-matematici (le antinomie);

le definizioni paradossali dovute a certe incoerenze nascoste a livello del pensiero e del linguaggio;

i paradossi pragmatici (le ingiunzioni paradossali).

Rudi Mathematici. Rudi Matematici.Non c'è bisogno di presentare i Rudi Matematici, ovvero Rudyd’Alembert, Alice Riddle e Piotr Rezierovic Silverbrahms. La lororubrica sulla rivista Le Scienze è un classico dei divertimentimatematici. Non contenti di sottoporci sulle Scienze quiz capaci dif ar perdere nottate di sonno e di tenere un blog sul sito della stessa

rivista, ovviamente di argomento matematico, pubblicano anche Rudi Mathematici, con l'acca, Rivistafondata nel secolo scorso nella quale si e ci dilettano di matematica, giochi e indovinelli, qualora non cibastassero le altre due f onti. Ma che valga la pena leggerli è constatazione elementare: riescono aspiegare in maniera semplice e divertente cose molto complesse. In Etimologia particolare, con lascusa di cercare la storia dei termini usati in f isica, tanti quante le unità di misura, si delinea una notevolestoria della f isica e dei suoi protagonisti in quel periodo aureo che è stato il '900 f ino ad arrivareall'origine di quell'altro termine molto di moda recentemente: bosone.

Sembra che un giorno Feynman abbia dettoche una buona prova del fatto che i fisici nonsiano poi così intelligenti come la gente pensastia nel fatto che usano una quantitàspaventosa di unità di misura dell’energia,senza decidersi a razionalizzarle una volta pertutte. In effetti, ci sono un gran numero dirazionalizzazioni possibili, e non solo nelcampo dell’energia e delle grandezzecorrelate, come lavoro e potenza; tra erg,joule, watt, MeV, TEP (tonnellata equivalentedi petrolio), cavalli vapore, kiloton e un’altra

pletora di unità, è abbastanza facile perdersi. Del resto, Poincaré si disperò per tutta lavita del mancato completamento della rivoluzione metrico-decimale; unità fondamentalicome quelle del tempo e delle coordinate geografiche sono ancora immuni dallasanatoria indotta dalla Rivoluzione Francese, anche se quasi non ci facciamo caso.

In Paraphernalia Mathematica, utilizzando un graf ico che riporta dati su irraggiamento solare,temperatura della superf icie terrestre e distanza dal Sole ci si pone la f ondamentale domanda: come si faa calcolare dati di questo genere? E così lo si spiega, da Plank a Boltzmann, passando per Shakespeare:

Su Mercurio siamo fritti?

In realtà è esattamente quanto vorremmo evitare: nella tavola qui sotto (datiparzialmente forniti dalla NASA) trovate tre grafici al prezzo di uno: irraggiamento,temperatura alla superficie e distanza del pianeta dal Sole: allora, secondo voi, i primiErmenauti finiscono fritti o no? La cosa potrà essere di indubbio interesse per chi ci siritrova, ma la domanda che ci poniamo noi è, al momento, leggermente diversa: comesi fa a calcolare dati di questo genere? Beh, esistono una serie di modelli, dipende dalgrado di complicazione che vi serve: per un calcolo approssimato possono bastare i piùsemplici, se volete dei dettagli invece le cose si complicano.

Dropsea. Gianluigi Filippelli.Un altro assiduo f requentatore dei carnevali è Gianluigi, f isico einsegnante, appassionato di f umetti, ricercatore, blogger, insomma unoche non sta mai f ermo. E si vede anche dalla mole dei contributi: 5articoli uno meglio dell'altro.

Cominciamo con Il Premio Nobel e gli orologi atomici. Siccome Gianluigi è un tipo preciso e mi hainviato un abstract ineccepibile per ogni lavoro, perchè non utilizzarli? Ecco di cosa parla il primo:

Dopo l'assegnazione del Premio Nobel 2012 ci fu in Italiaconfusione sulla connessione con le ricerche di fisica premiatee la loro connessione con gli orologi atomici, che in effetti ilpremio lo avevano già "ricevuto" nel 1944 con Isaac Rabi.Questa è una breve storia di questa importante invenzione daNobel!

A seguire troviamo Il principio di equivalenza. La domandaf ondamentale che ognuno di voi si sarà posto è:

La massa inerziale e quella gravitazionale, coincidono? Si, secondo il principio di equivalenza, che èstato via via verificato con una precisione sempre maggiore.

Si può Guardare attraverso uno schermo opaco? Intanto si può f arlo con la buona ricerca italiana cheapproda alle grandi riviste:

Agli inizi di novembre Nature pubblica, con l'onore della copertina, l'ultimo articolo di un gruppo diricerca olandese il cui primo firmatario è Jacopo Bertolotti, che tra le altre cose è anche unwikipediano. Questo è un piccolo racconto di quelle ricerche.

Chi non conosce Archimede? In Una generalizzazione del principio di Archimede Gianluigi ci spiegacosa succede ai corpi immersi in un liquido quando si scende a dimensioni inf initesime:

Ci hanno insegnato che un corpo immerso in un liquido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari alpeso del liquido spostato. Il principio dovrebbe valere per tutti i corpi, eppure se scendiamo alle scalemicro- e nano-metriche le cose cambiano un po', come ha mostrato un gruppo di ricerca italiano con unmix tra ricerca teorica e sperimentale.

Nelle Cosmicomiche: le origini della Luna, c'è un po' anche Calvino ma c'è anche molta ricerca, diquella buona, sulle origini del nostro satellite. Un lavoro estremamente meticoloso e leggibile, pieno diimmagini spettacolari:

In questa ricerca secolare sulle origini della Luna c'è anche un nome illustre, George Darwin, figlio delprobabilmente più noto Charles, che propose alcune ipotesi interessanti poi finite all'interno delleCosmicomiche di Calvino. E con quei racconti come ispirazione, provo a raccontare la storia di questericerche fino ad arrivare ai risultati più recenti che confermano la sempre più affermata teoriadell'impatto gigante.

Scientificando. Annarita Ruberto.La prossima blogger meriterebbe un post a parte. Spesso ne hoesaltato le virtù di divulgatrice e insegnante f uori dal comune, maora devo aggiungere il suo personale contributo, al di là dellapreparazione degli articoli, alla dif f usione capillare e internazionaledei Carnevali, ben evidenziata dal recente successo oltre conf ine

del Carnevale della Matematica. Questo si deve chiaramente all'autorevolezza personale conquistatasul campo ma anche alla caparbietà di non accontentarsi che le cose vengano a te ma di andarle acercare.Caratteristica, quest'ult ima, ancorchè dif f icile da realizzare, che dovrebbe essere f atta propria damolti. Ma veniamo all'art icolo di oggi: quello che Annarita presenta è il classico Paradosso di Olberts odark night sky paradox, uno dei quesit i che maggiormente assillano gli studiosi (e non) sin dalla nottedei tempi. La molla per parlarne è la richiesta di un giovane lettore: la soluzione del paradosso non saràsemplice, contemplando la convergenza di alcuni f attori, ma alla f ine si riesce a venirne a capo:

Qualche mesa fa, pubblicavo un post, in cuiesordivo come segue:

"Perché di notte il cielo è scuro, prof?" non èuna domanda simulata, questa volta, ma fintroppo realistica. Mi è stata rivolta per postaelettronica da un ragazzo di 12 anni che segueassiduamente Scientificando.

Allora facciamo così, caro ragazzo. Poichéquesto è un periodo molto intenso e non ho iltempo di risponderti subito (anche perché non

è facile, data la tua giovane età, risultare comprensibili), ti propongo un videoconfezionato da quelli di minutepshysics, riservandomi di completare questo articoloappena ne avrò il tempo. Promesso!

Ebbene, è giunto il momento di mantenere la promessa fatta, provando a rispondere aquella domanda.

La questione che poni, ragazzo, è nota, in Fisica e in Cosmologia, come Paradosso diOlbers (o "dark night sky paradox"), dal nome dell'astronomo tedesco Heinrich WilhelmOlbers, che lo propose quasi due secoli fa, precisamente nel 1826.

L'enunciato del paradosso è il seguente:

"Come è possibile che il cielo notturno sia buio nonostante l'infinità di stelle presentinell'universo?" [Wikipedia]

AstronomicaMens. Corrado RuscicaAnche il prossimo è un nuovo entrato per quanto riguarda i mieiCarnevali. Si tratta di Corrado Ruscica, astronomo e scrittore discienza f reelance, del blog AstronomicaMens. Quello che ci presenta

è, come racconta, un paradosso nuovo di zecca sui buchi neri, quegli enigmatici e inquietanti oggetti chese ne stanno in giro per l'Universo invisibili ma ben presenti: Il 'muro di fuoco', un nuovo paradossosui buchi neri.

In un recente articolo apparso su Simons Foundation dal titoloAlice and Bob Meet the Wall of Fire, Jennifer Ouelletteriporta le ultime idee bizzarre emerse al workshop di Stanfordtenutosi a Novembre dell'anno passato su un nuovo paradossoche riguarda gli enigmatici buchi neri. Di solito, quandovengono proposti alcuni esperimenti mentali i protagonistiprincipali si chiamano Alice e Bob. Oggi, però, pare che i dueragazzi siano arrivati ad un bivio. Tra i due, la piùavventuriera e piuttosto spericolata Alice vuole saltare in unbuco nero molto massiccio, lasciandosi alle spalle losconsolato Bob che rimane al di là dell’orizzonte degli eventi,

cioè quella regione ideale superata la quale niente, nemmeno la luce, può tornare indietro. Ma vediamoun pò più in dettaglio di che cosa si tratta.

Il tema ruota attorno a una questione cruciale che Corrado riassume così:

In fisica, i paradossi spesso permettono di chiarire alcuni concetti. Nel nostro caso, il punto cruciale delpuzzle ruota attorno al conflitto tra tre postulati fondamentali della fisica. Il primo, che si basa sulprincipio di equivalenza della relatività generale, porta allo scenario “nessun dramma”: dato che Alicesi trova in caduta libera mentre attraversa l’orizzonte degli eventi, e dato che non esiste alcunadifferenza tra caduta libera e moto inerziale, essa non dovrebbe sentire gli effetti estremi della forza digravità. Il secondo postulato si basa sull’assunzione dell’unitarietà della meccanica quantistica secondocui l’informazione che cade verso un buco nero non viene persa irreversibilmente. Infine, c’è l’ipotesidella “normalità” e cioè il fatto che la fisica funziona come ci aspettiamo in una regione molto distantedal buco nero, anche se viene meno in qualche punto al suo interno, o nel punto della singolarità oancora in prossimità dell’orizzonte degli eventi. Presi insieme, questi tre postulati formano ciò cheRaphael Bousso, un fisico presso l’University of California a Berkeley, chiama molto tristemente “il

menu dell’inferno”. Dunque, per risolvere il paradosso, occorre sacrificare uno dei tre postulati manessuno è in grado di dire quale di essi dovrebbe essere.

Monica Marelli del blog omonimo.Pure Monica è una nuova entrata per il mio blog. Monica è un f isico,autrice di alcuni libri di grande successo e interesse, tra i qualil'ult imo su un f amoso gatto, ed è anche un volto noto per chi seguela divulgazione scientif ica in televisione, per i suoi interventi a Geo &

Geo su Rai3. A Monica piacciono molto i gatti, incluso quello di Schroedinger, tanto da dedicargli un libro:C'era un gatto che non c'era, misteri e meraviglie della fisica quantistica, Scienza Express 2012. Ilparadosso del Gatto di Schroedinger, ricorda Monica

doveva essere l'ultimo, decisivo, fatale attaccoal cuore della fisica quantistica, sottol'influenza di Einstein, con cui ErwinSchroedinger scambiò molte lettere fra ilgiugno e l'agosto del 1935.

Ed ecco di cosa si tratta. Immagina diprendere una scatola. Al suo interno ci sonoun gatto e un meccanismo: un contenitore

pieno di atomi che hanno la probabilità di decadere o di non decadere. Quindi: un'oraforse decade o forse no. Se decade, il dispositivo si aziona e rompe una fiala di velenoche uccide il micio. Vorrei tranquillizzare i SindaGatti: l'esempio è piuttosto truce ma sitratta di un esperimento mentale e nessun gatto è stato torto un baffo.

Schroedinger con questo esempio vuole prendersi gioco della fisica quantistica e metterein luce l'aspetto più inverosimile dell'interpretazione di Copenaghen: secondo la “nuovafisica” fino a quando qualcuno non aprirà la scatola per verificare (cioè guardare equindi “misurare” la realtà), il micio vive in due stati sovrapposti. Cioè ècontemporaneamente vivo e morto. Se è vero che qualcosa diventa reale solo quando losi misura, allora si può dire che felino vive in stati sovrapposti. Il che è paradossale.Einstein gongolava: il paradosso coi baffi era la prova che la quantistica non potevafunzionare!

Se volete sapere come va a f inire...

Il Tredicesimo cavaliere. RobertoFlaibaniAltra nuova entrata è Roberto, giornalista f reelance, prof essionista

dei giochi di simulazione nonchè space-enthusiast per stesso riconoscimento della Nasa, che ci presentaun articolo su uno studioso, primo italiano, o meglio primo non americano, a diventare Presidente delComitato Permanente SETI. Il Search f or Extra-Terrestrial Intelligence è il noto programma per la ricercadi f orme di intelligenza extra-terrestre. Il ruolo di presidente di un tale organismo non è cosa che siott iene tutt i i giorni. Ecco perchè è stato assegnato a un Fisico, matematico, visionario:

Avesse avuto due vite, una l’avrebbe dedicata allamatematica, l’altra all’astrofisica. Dovendo accontentarsi,s’è votato a entrambe con tantissima passione e, ça vasans dire, pochissimo tempo libero.

Il dott. Claudio Maccone, nel corso del CongressoInternazionale di Astronautica svoltosi recentemente aNapoli, è stato eletto Presidente del Comitato PermanenteSETI in seno alla IAA. Sostituisce Seth Shostak, presidenteper due mandati, ed è il primo italiano, anzi il primo non-americano a ricoprire tale carica.

Laureato in fisica e matematica col massimo dei voti, Maccone nel 1980 ha ottenuto undottorato in matematica al King’s College di Londra, con una tesi sulla Trasformata diKarhunen-Loeve (KLT). Si tratta di un algoritmo in uso nelle telecomunicazioni,estremamente utile in ambito SETI, perché rende possibile evidenziare con grandeaccuratezza eventuali segnali captati da un radiotelescopio, isolandoli dal rumorecosmico di fondo e da qualsiasi disturbo elettromagnetico. Ancora oggi, però, la quasitotalità dei ricercatori SETI sta utilizzando, per l’analisi dei dati, l’antiquataTrasformata Veloce di Fourier (FFT), che prende in esame solo dati in banda stretta ea grande velocità. KLT invece garantisce maggior sensibilità e lavora in banda larga,ma richiede tempi di elaborazione molto più lunghi. Maccone è oggi uno dei piùconvinti sostenitori dell’implementazione della KLT ovunqe si faccia SETI.

La scuola del sapere. Rosa MariaMistretta.

Chi non ha mai visto il nastro di Moebius? A parlarcene per il Carnevale è Rosa Maria, laureata in ScienzeNaturali, giornalista/pubblicista e autrice di numerosi e interessanti libri, votata alla divulgazione e alladidattica, in questo suo Un solo lato, un solo bordo: il nastro di Moebius:

Le superfici ordinarie, intese come le superfici che nella vitaquotidiana siamo abituati ad osservare, hanno sempre due"lati" (o meglio, facce), per cui è sempre possibile percorrereidealmente uno dei due lati senza mai raggiungere il secondo,salvo attraversando una possibile linea di demarcazionecostituita da uno spigolo (chiamata "bordo"): si pensi adesempio alla sfera, al toro, o al cilindro. Per queste superfici èpossibile stabilire convenzionalmente un lato "superiore" o"inferiore", oppure "interno" o "esterno"

Atelier delle attività espressive. CarlaCitarella.E' ora la volta di Carla. Grazie ai suoi articoli siamo proiettati in una

dimensione artistica, pur trovando sempre l'aggancio con il tema scientif ico. Con mano sicura ci insegnaa leggere nella rappresentazione artistica quello che va al di là del mero dato sensoriale, svelandoci laparte concettuale che c'è dietro l'opera. Questo avviene perchè anche gli artisti seguono o addiritturacreano le correnti di pensiero, pure su temi scientif ici. Succede anche questa volta: chi più di questoartista può rappresentare i Paradossi nell'arte: Renè Magritte .

La creazione artistica è un fenomenoarticolato, che presenta diverse angolature siain ambito scientifico che filosofico. In questosenso il percorso dell'arte moderna econtemporanea, appare come un vero eproprio campo di sperimentazione di modalitàcondivise.

I paradossi trovano largo uso in camposcientifico, ma possono essere utilizzati anche in ambito artistico, per giungere a nuovimodelli di descrizione e rappresentazione del reale.

Tra le avanguardie storiche, il Surrealismo è un movimento che fonda le sue radici nelparadosso. "Io credo", scrive André Breton nel 1924, "alla risoluzione di due stati, inapparenza così contraddittori, che sono il sogno e la realtà, in una specie di realtàassoluta, di surrealtà".

Attorno a questo indirizzo si costituisce il programma del Surrealismo, il fenomeno piùcomplesso e influente della storia culturale del Novecento, attivo per oltre quarant'anni,il cui approccio interpretativo è stato diverso da un artista all'altro. Magritte, assiemead altri esponenti del gruppo, manifesta tale tendenza, diversificandosi dalle premessegenerali, per interessi, procedure e formalizzazioni.

Vera scienza. Orfeo Morello.Altra novità per i miei Carnevali è Orf eo Morello di Vera Scienza.Ingegnere inf ormatico esperto di tecnologie web, Orf eo è anche unottimo divulgatore della scienza con il suo conosciutissimo blog. Cipropone la triste storia dello Shuttle Columbia partito nel gennaio

2003 con il suo equipaggio e mai più rientrato: Shuttle Columbia STS-107 partito il 16 gennaio 2003mai più rientrato a Terra.

E' trascorso più di un anno e mezzo (luglio 2011) da quandol'ultimo Shuttle della Nasa ha toccato Terra mettendo fine auna storia straordinaria che ha segnato l'epoca modernadell'esplorazione spaziale. I piani attuali della NASAprevedono che l'agenzia spaziale americana si concentri infuturo per lo più sulle missioni di invio di satelliti e di sondenello spazio, utilizzando soluzioni più moderne ed economicherispetto agli Shuttle.Il programma Space Shuttle, noto anchecon la sigla STS (Space Transportation System) utilizzata in

codice per identificare le sue missioni, è durato più di 30 anni compresa la fase di progettazione ed haavuto ufficialmente il via con la missione STS-5, lancio avvenuto l'11 novembre 1982 dello ShuttleColumbia che mise in orbita due satelliti privati per telecomunicazioni commerciali.

IncredibleButTrue. Lucia Marino.Anche Lucia è un'assidua f requentatrice dei Carnevali, con pezzisempre interessanti e stimolanti. Questa volta ci propone due lavori.In uno raccoglie una serie di video incentrati sul tema dei paradossif isici e prodotti dalla Open University. Sono animazioni della durata di

un minuto circa che illustrano alcuni dei più grandi paradossi. Si va da quello di Achille e la Tartaruga perf inire con l'onnipresente gatto, in quelli che Lucia chiama Pensieri Avventurosi:

Della Open University mi pare che ve ne ho già parlato un pò di tempo fa. Probabilmente ricorderete"La Storia della Lingua Inglese", una serie di arguti video animati che in pochi minuti ripercorrevano i1600 anni della storia della lingua più diffusa al mondo. Sempre dalla Open University provieneun'altra serie animata, dal titolo: 60-Second Adventures in Thought, la quale mette in evidenza seidegli esperimenti di pensiero più famosi al mondo. La prima puntata è incentrata sull'antico Paradossodi Zenone, quello di Achille e la Tartaruga. Gli altri video sono invece interamente dedicati alventesimo secolo; cinque famosi esperimenti mentali di fisica, matematica e informatica.

Nell'altro invece si mette a f ar concorrenza agli Ignobel, presentando una serie di lavori, come dire,eccentrici, in cui l'oggetto della ricerca è quantomeno inusuale o, per meglio dire, apparentemente nondegno di tanto approf ondimento. Tutto questo in L'importanza della stupidità nella ricercascientif ica. Sentite un po' di che lavori si tratta:

Se questa affermazione è vera sono a cavallo. Non si tratta di una mia teoria bensì di un saggiointitolato appunto "The importance of stupidity in scientific research", pubblicato su Journal of CellScience nel giugno 2008. Se ho compreso bene l'essenza del messaggio si tratta semplicemente dellacorretta disposizione d'animo dello scienziato in erba di fronte le problematiche poste da un qualsiasilavoro di ricerca (abbasso i geni immodesti insomma). Questa "perla" l'ho scovata assieme a molti altrititoli su questo sito. La mia attenzione si è concentrata soprattutto su questo: "Pressures produced whenpenguins pooh—calculations on avian defaecation", un interessantissimo articolo sulla fisica della pupùdi pinguino.

La curva dell'energia di legame.Scientificast. Marco Casolino.

Marco Casolino, ricercatore all'INFN, propone tre articoli, due rappresentano uno la continuazionedell'altro e sono disponibili sul suo blog, e il terzo è pubblicato sul blog collett ivo Scientif icast . I primidue, pur non recando il termine nel t itolo, af f rontano ugualmente quelli che Marco def inisce degli"apparenti paradossi, attualmente irrisolti". E quali sarebbero questi apparenti paradossi?

L'apparente universalità delle leggi della fisica nasconde profonde e fondamentali discrepanze traquello che ha luogo nell'universo e negli acceleratori di particelle.

Per esempio, una domanda che uno si potrebbe f are è questa: dov'è f inita l'antimateria? Per rispondere,bisognerà dare conto di questo palese Razzismo astrofisico: L'asimmetria materia-antimaterianell'universo.

Perché il 4% di materia (protoni, elettroni,nuclei) che compone le stelle e le galassie ècomposto apparentemente solo di materia?Questa domanda giace dietro il problemadella materia oscura, probabilmente costituitada una particella ancora inosservata, ma èplausibilmente distinto da esso.

Le leggi della fisica delle particelle elementarimostrano infatti una simmetria tra materia edantimateria. Se la collisione di una particellae la sua antiparticella produce energia, le

leggi di conservazione prevedono che da essa si debbano create materia ed antimateriain parti uguali. Applicate su scala cosmica, queste leggi prevederebbero un universocostituito da uguali quantità di materia ed antimateria. L'universo appare costituito dasola materia: infatti se vi fossero zone dominate da antimateria, il loro confine con lanostra regione dovrebbe brillare nei raggi gamma dell'annichilazione.

Si continua poi con la seconda parte, che ci porta su un altro piano che ha pure lui tutt i i crismi delparadosso. Si parla di due coniugi che non solo attualmente lit igano ma che non hanno nemmeno maiavuto l'intenzione di sposarsi: Separati in casa! Meccanica quantistica contro Relatività generale .Per chiarire i termini di questa paradossale convivenza, per ora inspiegabile, Marco utilizza una f inzionescenica, f acendo parlare i personaggi del suo romanzo:

Un'altra inconsistenza tra le leggi della fisica valide per l'universo e quelle per il mondomicroscopico riguarda l'impossibilità di conciliare la Meccanica quantistica con laRelatività generale in un'unica teoria.

Per un breve cenno su uno dei più grandi misteri della fisica moderna, cedo la parola adue personaggi di Grikon, Adriano, studente di storia giapponese e Noriko, ricercatricedi fisica.

Noriko sembrò colpita dalla sfida che l'amico gli aveva lanciato: “All’inizio del XX secolo lameccanica quantistica ha rivoluzionato la fisica, stravolgendola alle basi. Ha fatto crollare le certezzedel meccanicismo ottocentesco, in cui ogni particella era immaginata come una pallina di cui si potevaconoscere ogni sua caratteristica. Dal determinismo della meccanica classica si è dovuti passare alcomportamento casuale ed alle incertezze dettate dalle leggi delle probabilità.

L'ult imo pezzo riguarda l'Universo, e precisamente i quasar e una recente scoperta di un ammasso digalassie contenente 73 di questi quasar: Una immensa struttura agli albori dell’universo:

I quasar sono tra le sorgenti più luminose dell’universo. Si tratta di immensi getti di materia alimentatida gas e polveri risucchiati da altrettanto immensi buchi neri posti al centro di alcune galassie. Iltermine, quasi stellar radio source, indica la loro identificazione originale nelle emissioni delle onderadio, ma successivemente sono stati identificati anche nel visibile ed in altre frequenze dello spettroelettromagnetico.

Gravità Zero. Walter Caputo.Walter, che ha ospitato l'edizione del Carnevale prima di questa, è uneconomista e insegnante che scrive anche sul blog di divulgazionecollett ivo Gravità Zero. Per questa edizione ha preparato un pezzo atema incentrato sui f rattali, Forme frattali:il paradosso dellaconvivenza tra semplicità e complessità. Egli individua in questi

oggetti matematici la f onte del paradosso e descrive i f rattali come "figure che ispirano meraviglia per la lorocomplessità che, paradossalmente, convive con un'estrema semplicità. L'origine della parola frattale è da ricondurreal latino "fractus", ovvero irregolare e spezzato". Come è noto, lo scopritore dei f rattali è stato BenoitMandelbrot, anche se ha avuto dei precursori. In questo articolo Walter ripercorre la storia di questef orme ubiquitarie che riempiono la nostra vita:

Tutti conoscono il cerchio: provate adisegnarne uno e osservatelo da unaragionevole distanza. Sì, quello che statevedendo è effettivamente una circonferenza.Ma ora avvicinatevi e guardate l'immagine adun'altra scala: osservatela localmente finquasi ad appiccicarla sugli occhiali.

Ora vedete una linea retta.

D'altronde "localmente un cerchio è una linea retta, infatti possiede una tangente inogni suo punto e, visto da molto vicino, si riduce essenzialmente alla sua retta tangente"(1), afferma Benoit Mandelbrot "Nel mondo dei frattali" (Di Renzo Editore, 2007).

E questo è il primo livello di comlplessità, infatti "secondo B. Mandelbrot, nello studiodelle curve piane appare una gerarchia di complessità crescenti" (2). Oltre alla retta ealla circonferenza, nel primo livello troviamo anche le curve classiche elementari. Eccoun esempio, raccontato da Mandelbrot, "un ragionamento del tutto analogo si può fareper la sfera: vista da lontano è proprio una sfera, ma se ci si avvicina comincia asomigliare sempre più ad un piano" (3).

Aggiornamento del 31 gennaio.

Disti. Elisabetta Durante.Fuori tempo massimo ma comunque sempre in maniera graditissima,giunge un lavoro di Elisabetta Durante, giornalista scientif ica che hapartecipato quasi sempre ai miei Carnevali, che non posso non

pubblicare. Inf att i, quella di Elisabetta è una dif esa appassionata della scienza e degli scienziati italiani,che non sono solo quelli associati alla cosiddetta fuga dei cervelli ma anche i protagonisti assoluti dellericerche mondiali, a cominciare proprio da quella f isica alla quale intitoliamo il nostro Carnevale. In questoarticolo passa in rassegna in maniera puntuale tutte le recenti conquiste e gli impegni della ricerca italianain giro per il mondo, riaf f ermando, ancora una volta, che:

Se vince il merito, vince il Paese

di Elisabetta Durante

Se dovessi indicare il primo dei problemi italiani, non esiterei a identificarlo nellageneralizzata, pervicace e suicida negazione della meritocrazia.

Eppure, proprio nel settore scientifico più complesso, avanzato e promettente (quellodella Fisica), a dispetto di tutte le nostre limitazioni finanziarie, riusciamo ancora aprimeggiare: in Italia e nel mondo.

Lo provano inequivocabilmente i numeri di quel fenomeno che la vulgata mediatica siostina a leggere solo nei termini negativi della “fuga dei cervelli”: quegli stessi cervelliche un Paese meritocratico saprebbe ri-attrarre nella propria orbita e valorizzareattraverso una concreta ed efficace rete internazionale dei talenti.

Lo provano i risultati raggiunti in tutti i grandi laboratori internazionali dalla vastacomunità dei fisici italiani che è la più numerosa -dopo quella statunitense- al FermiLab di Chicago, a Stanford, nei Bell labs ecc. Ma lo provano anche le brillanti carrieredei fisici italiani in tutti i maggiori laboratori europei.

In particolare, lo prova tutta la storia del Cern fino ai recentissimi successi ottenuti dalprogetto LHC sotto la guida di un Direttore di ricerca italiano -Sergio Bertolucci- eannunciati al mondo intero, non per caso, dai due fisici italiani responsabili dei dueprincipali esperimenti (Atlas e Cms), Guido Tonelli e Fabiola Gianotti.

Lo prova ora il posizionamento della Fisica italiana nei due programmi strategiciappena selezionati come progetti bandiera dell’UE: Human Brain Project e Graphene. Il primo metterà le più avanzate tecnologie informatiche e potenti super computer aservizio delle neuroscienze: quello che è già stato definito il CERN del cervello schierain prima linea una serie di centri italiani di ricerca, tra cui un laboratorio di eccellenzamondiale come il fiorentino LENS (Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare).Tutti i dati sul funzionamento del cervello umano saranno elaborati da una potenterisorsa di calcolo (settore in cui gli italiani sono leader indiscussi) e distribuiti da unapiattaforma GRID, sofisticata e complessa infrastruttura digitale nata anch’essa graziead un determinante contributo della Fisica italiana.

Graphene punta invece a sviluppare e rendere disponibili tecnologie basate sul grafene,un nuovo nanomateriale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio econsiderato estremamente versatile: si tratta di tecnologie capaci di anticipare –perusare le parole di Luigi Nicolais, Presidente del CNR, uno dei capofila del progetto - importanti pezzi del futuro e innescare in Europa un vasto processo di innovazione incampo industriale, aprendo la strada a prodotti di nuova generazione (come nuovebatterie al litio, aerei superleggeri, nuovi pannelli fotovoltaici, telefonini pieghevoliecc.). Al CNR spetta il compito di guidare due fondamentali linee di ricerca, quella suimateriali compositi affidata al CNR ISOF, e quella sulle proprietà fisiche del grafene

affidata al CNR-Nano (NEST-Pisa, NNL-Lecce, S3-Modena).

Chiudo con una riflessione sull’attuale confronto politico, i cui protagonisti non sono ingrado di affrontare questioni centrali e concrete come il ruolo che i migliori ricercatoriitaliani (fisici e non solo) possono e devono avere nel risollevare le sorti non soloculturali ma anche economiche del Paese.

E’ chiedere troppo?

Siamo ai saluti. Come al solito, decine di blogger si sono impegnati af f inchè il Carnevale della Fisicapotesse vedere la luce, ed è grazie a loro che è vivo e vegeto e sempre interessante, a loro va dunqueun caloroso ringraziamento. Questa volta sono 16 autori e 25 articoli, e questo è l'elenco deiprotagonisti in ordine di apparizione:

Andrea Belli

Leonardo Petrillo

Carmelo Di Mauro

Rudi Matematici (Rudy d’Alembert, Alice Riddle e Piotr Rezierovic Silverbrahms)

Gianluigi Filippelli

Annarita Ruberto

Corrado Ruscica

Monica Marelli

Roberto Flaibani

Rosa Maria Mistretta

Carla Citarella

Orfeo Morello

Lucia Marino

Marco Casolino

Walter Caputo

Elisabetta Durante

Vi ricordo inf ine che la prossima edizione del Carnevale della Fisica, la # 40 si terrà sul blog GruppoLocale , di Marco Castellani et al., e che il tema sarà Fisica ed Arte ! Già mi f reme la tastiera!

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