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martedì 11 giugno 2019

Wikiritratti: Nicholas Metropolis


Metropolis sulla fototessera del badge per accedere ai laboratori di Los Alamos - via commons
I campi per i quali Nicholas Metropolis, fisico greco nato l'11 giugno del 1915, è più noto sono la fisica nucleare e la computazione. Dopo la laurea nel 1937 e il dottorato nel 1941, entrambi in fisica presso l'Università di Chicago, venne reclutato da Robert Oppenheimer per lavorare al Progetto Manhattan a Los Alamos al fianco di Enrico Fermi e Edward Teller.
Dopo la seconda guerra mondiale, ritorna presso l'Università di Chicago come professore assistente, ma nel 1948 ritorna a Los Alamos per guidare il gruppo di teorici che progettano e costruiscono MANIAC I nel 1952 e MANIAC II nel 1957. MANIAC, Mathematical Analyzer, Numerical Integrator, and Computer or Mathematical Analyzer, Numerator, Integrator, and Computer, è basato sulla macchina IAS di John von Neumann, che non amava l'acronimo scelto da Metropolis. Quest'ultimo l'aveva scelto nella speranza, inevasa, di fermare la proliferazione degli acronimi per nominare i computer. La macchina pesava poco meno di mezza tonnellata e venne utilizzata per portare a termine i calcoli più precisi possibile relativi alle reazioni termonucleari. Utilizzava oltre 2800 tubi a vuoti e 1000 diodi a semiconduttori. Basato sulla fisica dello stato solido, era in grado di memorizzare 4096 parole da 48 bit nella memoria magnetica e 12288 nella memoria costituita da tubi di Williams.
Dal 1957 al 1965 Metropolis ricoprì il ruolo di professore di fisica presso l'università di Chicago, dove fondò l'Institute for Computer Research, di cui fu anche direttore. Nel 1965 tornò a Los Alamos come Laboratory Senior Fellow fino al 1980.
Altro importante contributi di Metropolis fu lo sviluppo del metodo Monte Carlo insieme, tra gli altri, a von Neumann e a Stanislaw Ulam(1). Il metodo Monte Carlo è un approccio statistico per risolvere problemi deterministici a molti corpi. La prima applicazione di tale metodo la ritroviamo in un articolo del 1953, firmato tra gli altri proprio da Metropolis, dove era per la prima volta proposta una simulazione numerica di un liquido(2).

Metropolis - via commons
Fondamentalmente il metodo consiste nel generare un gran numero di configurazioni casuali del sistema, calcolando le proprietà di interesse per ogni configurazione e quindi produrre una media pesata. Metropolis, con il suo algoritmo, suggerì un approccio leggermente differente, in cui invece di generare configurazioni casuali, si scelgono quelle configurazioni con probabilità $e^{-E/kT}$, detto fattore di Boltzmann e dove $E$ è l'energia della configurazione, $T$ la temperatura e $k$ la costante di Boltzmann.
Come intuibile, il metodo ha preso il nome dalla nota località dedicata al gioco d'azzardo. A tal proposito può essere curioso ricordare un aneddoto raccontato da Ulam: durante il periodo in cui lavorava a Los Alamos, c'erano lui, Metropolis, Calkin, Konopinski, Kistiakowsky, Teller e von Neumann che si riunivano ogni pomeriggio per una partitella a poker. Si mettevano in palio delle piccole somme, ma in un'occasione Metropolis riuscì a vincere a con Neumann ben dieci dollari. Metropolis era così contento di aver battuto il collega che acquistò il suo libro sulla teoria dei giochi, spendendo cinque dollari e lasciando i rimanenti cinque all'interno delle pagine come simbolo della sua vittoria.
Ultima curiosità: grazie a Ulam, grande amico di Paul Erdos, con il quale scrisse un articolo sulla decomposizione di due grafi, Metropolis ha un numero di Erdos pari a 2, avendo scritto con Ulam l'articolo sul metodo Monte Carlo(1). Questo ha poi permesso a Richard Feynmann di ottenere un numero di Erdos pari a 3 grazie all'articolo Equations of State of Elements Based on the Generalized Fermi-Thomas Theory(3) (doi:10.1103/PhysRev.75.1561), firmato anche da Teller, che nel 2011 è stato utilizzato per studiare le nane bianche relativistiche (arxiv).


  1. Metropolis, N., & Ulam, S. (1949). The monte carlo method. Journal of the American statistical association, 44(247), 335-341. doi:10.1080/01621459.1949.10483310 (pdf

  2. N. Metropolis; A.W. Rosenbluth; M.N. Rosenbluth; A.H. Teller & E. Teller (1953). "Equation of State Calculations by Fast Computing Machines". Journal of Chemical Physics. 21 (6): 1087–1092. doi:10.1063/1.1699114 

  3. Per ricostruire la sequenza degli articoli ho utilizzato il sito barbecuejoe.com 

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