Naughty Christmas

Tutti al Focus Live, festival di scienza a Milano

Da quest'anno anche Milano può vantare un festival scientifico che, si spera, all'altezza con quelli di Genova e Roma (giusto per citare i più noti), che va in concomitanza con FuturoRemoto a Napoli: è il Focus Live che si si svolgerà da giovedì 8 a domenica 11 novembre presso il Museo della Scienza e della Tecnologia Leonardo Da Vinci.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica sarà presente a entrambe le manifestazioni, in particolare con la mostra Da zero a $\infty$, che è stata a Genova e di cui ho curato la parte web di appoggio. A Milano, invece, grazie agli Osservatori di Brera e Bologna avremo un ricco stand con tre attività distinte, due di queste dedicate alla disabilità e all'inclusione: d'altra parte l'astronomia moderna si basa sempre meno sui dati ottici, ovvero quelli visibili a occhio nudo.

La terza attività che troverete allo stand sarà, invece, legata alla versione edu del video gioco Kerbal Space Program. Qui troverete me che proverò a introdurvi a un gioco che combina gli aspetti manageriali e di gestione, nel dettaglio di una stazione spaziale, con quelli esplorativi, ma in un modo completamente differente rispetto ad altri giochi. La fisica in generale e quella dei razzi e della gravitazione in particolare giocano un ruolo fondamentale, perché il giocatore dovrà anche guidare i razzi che costruirà per mandarli in orbita, possibilmente farli rientrare e avanzando anche atterrare sulle lune di Kerbin, il pianeta dove è ambientato KSP, e perché no andare verso gli altri pianeti del sistema.
L'evento centrale in tutto questo sarà, però, lo spettacolo teatrale Martina Tremenda nello spazio: pensato per bambini dagli 8 ai 12 anni, è stato prodotto dall'INAF in collaborazione con Realtà Debora Mancini. Dalle notizie giuntemi dopo l'esordio a Genova, lo spettacolo è godibile anche per i diversamente bambini e vedrà in scena Alessia Bedini, con la partecipazione virtuale di Roberto Piumini. Il tutto sabato 10 novembre presso la Sala delle Colonne del Museo in tre spettacoli, alle 11:00, alle 16:00 e alle 19:00.
L'ingresso è a pagamento: dettagli per i biglietti.

La notte della Luna rossa

Questa notte si è sta svolgendo (o si è svolta: dipende da quando state leggendo queste righe), l'eclissi di Luna più lunga del secolo.
Una eclissi di Luna avviene quando la Terra si frappone tra il Sole e la Luna, che normalmente riflette la luce che la nostra stella manda contro la sua superficie, permettendoci così di vedere anche durante la notte. Inoltre la colorazione della Luna, sul rosso, è dovuta alla rifrazione dell'atmosfera. Successivamente alla fase di massima, la Luna diventerà sempre più piena, tornando alla sua colorazione usuale. Uno spettacolo bello ed emozionante impreziosito anche dalla presenza di Marte, poco sotto la Luna, protagonista questa settimana grazie all'annuncio della scoperta di un lago d'acqua liquida superfreddo poco sotto la superficie nell'emisfero sud del pianeta!
Ad ogni modo quella di stanotte è (o è stata) l'eclissi più lunga del secolo perché avviene nel punto in cui la Luna si trova alla maggior distanza possibile dalla Terra, e quindi resta nascosta dal cono d'ombra per un tempo maggiore.

Wikiritratti: Guglielmo Righini

Righini e l'antenna da 10 metri⁽⁶⁾

L'importanza di Guglielmo Righini, nato il 16 febbraio del 1908 a Castelfranco Veneto, spazia dall'astronomia solare all'introduzione della radioastronomia in Italia.
Vediamo cosa ci racconta la wiki in proposito:

[Righini] introdusse in Italia nuovi sistemi per lo studio della corona solare, come le tecniche radioastronomiche, e l’uso di aerei nello studio delle eclissi solari, permettendo di allungare notevolmente la durata osservativa del fenomeno⁽¹⁾. Ricorse a tale soluzione durante l'eclissi solare del 15 febbraio 1961 e quelle del 20 luglio 1963 in Canada, del 30 maggio 1965 nell’Oceano Pacifico meridionale e del 12 novembre 1966 in Brasile⁽²⁾. Scoprì così, assieme ad Armin Joseph Deutsch, i buchi coronali, regioni fredde della corona solare⁽³⁾.
Righini fu tra i fondatori del Joint Organization for Solar Observations che portò alla costruzione del Large European Solar Telescope sull'isola di La Palma, nelle isole Canarie^{(4, 5)}.

Uno dei primi radiotelescopi di Arcetri⁽⁶⁾

Come direttore dell'Osservatorio di Arcetri, carica che ricopriva dalla fine del 1953, insieme con quella di professore di ruolo di astronomia presso l’università di Firenze, Righini riuscì a portare la radioastronomia in Italia. Si era avvicinato a tale tecnica osservativa durante il periodo passato a Cambridge. Ad affiancarlo un gruppo di giovani valenti, primo fra tutti il talentuoso Maurizio Piattelli. Così la prima antenna di Arcetri venne costruita con una rete da pollaio e quattro spirali metalliche e ovviamente utilizzata per raccogliere i segnali provenienti dalla corona solare⁽⁶⁾.
Questo primo radiotelescopio molto casalingo soprattutto per i materiali utilizzati, mandava i segnali raccolti nel laboratorio sotto il terrazzo dell’Osservatorio. Qui Piattelli e collaboratori esaminavano i segnali, registrandoli. Queste registrazioni venivano successivamente fatte ascoltare ai giornalisti, che venivano così accontentati con quella che Piattelli chiamava la voce del sole⁽⁶⁾.
Successivamente venne costruito un radiotelescopio a parabola di 10 m⁽⁶⁾, ma indubbiamente quel pionieristico radiotelescopio fortemente voluto da Righini diede inizio a una fruttuosa serie di ricerche che oggi ha portato l’Italia fino a SKA!

Co-Authors Widget

Nel corso dell'attività di sviluppo tecnico di Edu INAF, ho selezionato e iniziato a usare il plugin Co-Authors Plus che possiede due interessanti funzionalità: la possibilità di assegnare più di un autore per ogni articolo e di creare dei guest author. Il problema successivo era, però, far sì che comparissero tutti gli autori di un articolo o che, nel caso di autore ospite, comparisse quello e non l'utente che aveva effettivamente caricato il contenuto.
Dopo aver utilizzato per un po' di tempo il plugin Author Spotlight, decisi di svilupparne uno personalmente che possedesse le caratteristiche che ritenevo necessarie per un widget del genere: mostrare l'avatar e mostrare e nascodere il profilo dell'autore.
Dopo aver studiato un po' il codice qui e là, assemblo il tutto e inizio a testare e personalizzare, fino alla creazione di un pezzo di codice che mi soddisfa. Dopo qualche mese, mi decido finalmente a scorporare quella parte relativa al widget compatibile (o integrato, in funzione del punto di vista) con Co-Authors Plus e lo carico su github. Quindi nell'ultima settimana lo sottopongo al repository di Wordpress che mi permette di caricare il codice sul suo spazio. A quel punto, per caricare effettivamente i pezzi che avevo sviluppato, dopo aver scritto il file readme.txt secondo le specifiche WP, devo utilizzare il "protocollo" svn. I tentativi per portare a buon fine l'operazione mi hanno preso gli ultimi due/tre giorni navigando tra un tutorial e l'altro, incluso l'utilizzo di un servizio come Ship che mette in collegamento i repository su github con quelli su wordpress. Alla fine, grazie a SitePoint e a svnbook sono riuscito a caricare i file e così ecco on-line tra gli altri plugin anche Co-Authors Widget!
Un paio di chiarimenti su quanto leggerete sulla spalla destra: la versione di Wordpress richiesta è quella con cui ho iniziato a lavorare (almeno a mia memoria), ovvero la prima su cui ho installato Co-Authors Plus; la versione di php richiesta è quella installata sul mio portatile in questo momento.
Spero di poter mantenere attivo il progetto il più a lungo possibile: nella roadmap i passi più immediati sono l'aggiunta del supporto multilingua. Spero di riuscire a perfezionare ciò nel più breve tempo possibile (compatibile con lo studio del codice necessario allo scopo).

Climi continentale e oceanico

Mappa climatica di Koppen-Geiger da Peel, M. C.; Finlayson, B. L.; McMahon, T. A. (2007). "Updated world map of the Köppen–Geiger climate classification". Hydrol. Earth Syst. Sci. 11: 1633–1644. doi:10.5194/hess-11-1633-2007. ISSN 1027-5606. (direct: Final Revised Paper)

Eccovi un estratto dalla terza e (probabilmente) ultima delle mie traduzioni per astroEDU in lingua italiana.

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Il sistema di classificazione dei climi di Koppen, così chiamato dall'omonimo climatologo russo, è stato sviluppato nel 19.mo secolo ed è il più utilizzato sistema di classificazione del mondo. Il sistema caratterizza il clima in base alla vegetazione nativa di un'area. Inoltre tiene conto delle temperature e delle precipitazioni annuali e mensili, nonché dalla stagionalità delle precipitazioni.

Clima continentale

Nelle regioni con un clima continentale, la temperatura media è superiore ai 10°C durante il periodo caldo e sotto i -3°C durante quelli più freddi. Tali regioni solitamente si trovano all'interno dei continenti e sono piuttosto lontane dall'influenza degli oceani o di grandi superfici d'acqua. Poiché terreni e rocce hanno una capacità termica più bassa rispetto all'acqua, essi assorbono e perdono calore rapidamente. I climi continentali sono spesso relativamente secchi e la maggior parte dell'acqua trasportata da masse d'aria originate sugli oceani lontani viene persa in piogge durante il viaggio. Tra le regioni della Terra che possiedono un clima continentale sono incluse la Siberia e la Russia centrale e la maggior parte del Nord America. Siberia, Canada e gli stati settentrionali degli Stati Uniti in particolare possono presentare grandissime differenze - fino a 40 °C - tra le temperature medie estive e invernali.

Clima oceanico

Il clima oceanico è presente lungo le coste occidentali delle latitudini medie di tutti i continenti del mondo come l'Europa nordoccidentale, le regioni pacifiche nordoccidentali degli USA e del Canada, o il sudest dell'Australia. I climi oceanici sono caratterizzati da una differenza di temperature annua più stretta (solitamente tra gli 0° e i 22 °C) rispetto a quella osservata in luoghi di latitudine confrontabile, e non hanno le estati estremamente secche delle regioni mediterranee. Le precipitazioni sono più distribuite durante l'anno.

Space Awareness, 2016, Continental Climate and Oceanic Climate, astroEDU, 1602, doi:10.14586/astroedu/1602 (verione italiana)

L'elastica forza di gravitazione

Utilizzando una serie di tecniche matematiche che non sto qui a dettagliare Dalgerti Milanese tratta il campo gravitazionale proposto da Isaac Newton come una composizione di forze elastiche di Hook, partendo dall'analogia tra le due leggi. Da ciò discende anche un nuovo genere di energia, che secondo l'autore potrebbe aiutare a comprendere meglio il meccanismo fisico delle quantità dei sistemi meccanici ed elettrici. Conseguenza pratica è che campi gravitazionali elastici potrebbero essere prodotti artificialmente grazie alle moderne tecniche ingegneristiche, con conseguente produzione di nuove sorgenti di energia, con applicazioni ad esempio nello sviluppo di nuovi modi per muovere i satelliti o nella possibilità di estrarre energia gravitazionale non soltanto mettendo in orbita un oggetto. Inoltre vengono suggerite anche implicazioni sulle teorie della relatività, quantistica e delle stringhe.

Milanese, D. (2017) New Interpretation of Newton’s Law of Universal Gravitation. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 3, 600-623. doi:10.4236/jhepgc.2017.34046.

Progetta il tuo alieno

Iniziano i lavori sulla versione in italiano di astroEDU. Questo è uno dei miei primi contributi: la traduzione dell'attività sulla progettazione di una vita aliena in grado di sopravvivere su un mondo extra-terrestre. Le indicazioni per recuperare l'attività completa, sia in inglese sia in italiano, sono in fondo al post. Qui le informazioni fondamentali. Buona lettura!

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La vita può essere trovata quasi ovunque sulla Terra, dai poli all’equatore, dal fondo del mare a chilometri sotto la superficie, dalle valli asciutte alle acque sotterranee. Nel corso degli ultimi 3,7 miliardi di anni, la vita sulla Terra si è adattata a quasi ogni ambiente immaginabile. Ma cosa rende la Terra così perfettamente adatta a sostenere la vita?

Distanza dal Sole

La Terra si trova nella “zona abitabile” del nostro Sistema Solare, che è la stretta banda all’interno della quale può esistere l’acqua liquida. Se la Terra fosse più vicina al Sole, i suoi oceani evaporerebbero, impedendo l’esistenza della vita così come la conosciamo. Se il nostro pianeta orbitasse più lontano dal Sole, gli oceani congelerebbero e il ciclo dell’acqua che permette la vita sarebbe inesistente.
La “zona abitabile” non è limitata al nostro Sistema Solare: è l’area intorno a ogni stella dove la temperatura è “quella giusta” per l’esistenza di acqua allo stato liquido. Queste zone non sono così fredde da farla ghiacciare o così calde da farla bollire. Per le stelle più calde, la zona abitabile è più lontana dalla stella, mentre per quelle più fredde è più vicina.

Le grandi domande della vita: Alan Turing

Oggi, 23 giugno, ricorrono i 105 anni dalla nascita di uno dei più noti e importanti matematici del XX secolo. Ed è stato allora più che naturale dedicargli la puntata odierna de Le grandi domande della vita!

Girasoli

Della serie di Fibonacci ho scritto anche abbastanza di recente, ma oggi è il caso di ritornarci, visto che uno degli ultimi lavori di Alan Turing era dedicato alla serie numerica e alla sua presenza in natura, in particolare nella struttura delle piante⁽¹⁾: si potrebbero considerare gli sforzi di Turing come uno dei più importanti tentativi per rispondere al perché la sequenza si ripete in natura.
Il problema era noto come la fillotassi di Fibonacci e può essere definito come segue:

Le forme a spirale sulle teste dei girasoli sembrerebbero seguire la sequenza di Fibonacci, suggerendo la proposta di Turing che studiando i girasoli potremmo capire meglio come crescono le piante

Turing scrisse il suo interesse in ua lettra allo zoologo JZ Young:

Riguardo il punto (iii), Turing scrisse in un’altra lettera:

a nostra nuova macchina sta per arrivare lunedì. Spero di fare qualcosa riguardo alla “chimica embiologica”. In particolare penso di poter dare conto della comparsa dei numeri di Fibonacci in connessione con rappresentare l’aspetto dei numeri di Fibonacci in connessione con le pigne.⁽¹⁾

Nel 2012 Jonathan Swinton, durante il Manchester Science Festival che si tiene ad ottobre, annunciò i risultati del grande esperimento sui girasoli di Turing:

Le grandi domande della vita: freddo quantistico

Con un’estate così calda, non c’è nulla di meglio che rinfrescarsi scendendo sotto lo zero assoluto! E per i più curiosi, entriamo nei segreti delle code!

Scendere sotto lo zero assoluto

Secondo la definizione di zero assoluto, questa:

è la temperatura più bassa che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi sistema macroscopico e corrisponde a $0 K$ ($–273,15 ^circle C$). Si può mostrare con le leggi della termodinamica che la temperatura non può mai essere esattamente pari allo zero assoluto, anche se è possibile raggiungere temperature molto vicine ad esso. Allo zero assoluto le molecole e gli atomi di un sistema sono tutte allo stato fondamentale (ovvero il più basso livello di energia possibile) e il sistema ha il minor quantitativo possibile di energia cinetica permesso dalle leggi della fisica. Questa quantità di energia è piccolissima, ma sempre maggiore di zero. Questa energia minima corrisponde all’energia di punto zero, prevista dalla meccanica quantistica per tutti i sistemi che abbiano un potenziale confinante.

Per cui sembrerebe che nulla possa essere più freddo dello zero assoluto, e quindi che non possa esistere una temperatura assoluta negativa. Eppure nel 2013 è stato creato per la prima volta un gas atomico on una temperatura al di sotto dello zero assoluto^{(1, 2)}!
Il punto essenziale dell’esperimento è nella visione probabilstica della temperatura. In questo modo possono succedere alcuni effetti interessanti, come la contrazione di un gas riscaldato o il flusso di energia da un sistema a una data temperatura verso uno a una temperatura superiore.
Il gruppo di ricercatori di Braun e soci ha racchiuso in una trappola quantistica costituita da campi magnetici e raggi laser, alcuni atomi ultrafreddi di potassio riuscendo a portarli a una temperatura di poco inferiore allo zero assoluto (all’incirca $-10^{-9} K$). Questa scoperta apre la strada da un lato alla possibile realizzazione di sistemi con un’efficienza mai vista finora, e dall’altro alla possibilità di investigare un fenomeno che potrebbe essere alla base dell’energia oscura⁽²⁾.

L'evoluzione di Zenone nel tempo

Riccordate l’effetto quantistico di Zenone? C’è una piccola novità cui sono incappato recentemente scrivendo il digest del Journal of Mathematical Physics vol.58, n.3.
Proviamo prima di tutto a ricapitolare: uno dei paradossi di Zenone più noti è quello della freccia: se si scaglia una freccia contro un condannato a morte, questa per percorrere tutta la distanza, dovrà prima percorrerne metà. Una volta coperta la distanza $1/2$, le resterà un altro $1/2$ da percorrere, ma anche di questo tratto ne coprirà prima un’altra metà, ovvero $1/4$ e così via. Nell’ottica dell’aritmetica greca, questo implicava per Zenone che la freccia non avrebbe mai colpito il condannato, di fatto negando filosoficamente il moto.

da Filozofy

Un paradosso simile, come osservato da Alan Turing, avviene anche in meccanica quantistica. La sua formulazione più semplice è fornita dalla seguente citazione:

Gli assiomi standard della meccanica quantistica implicano che nel limite di osservazioni continue un sistema quantistico non può evolvere.
(Andrew Hodges in Alan Turing: the logical and physical basis of computing - pdf)

Ora due ricercatori italiani, il fisico Paolo Facchi e la matematica Marilena Ligabò, entrambi dell’università di Bari, hanno studiato l’effetto quantistico di Zenone su tempi lunghi⁽¹⁾. In particolare si sono concentrati sul comportamento matematico della probabilità quantistica $p^{(N)} (t)$, quando sia il tempo $t$ sia il numero di misure effettuate $N$ tende all’infinito.
I due ricercatori hanno osservato che il valore di $p$ dipende da un parametro reale $\alpha$: per $0 \leq alpha \leq 1/2$, il sistema è congelato nel suo stato iniziale e quindi il QZE ha luogo; per $1/2 < \alpha < 1$, il sistema presenta un comportamento classico; per $\alpha = 1/2$, la probabilità ha un andamento gaussiano, $e^{-t^2 / \tau^2}$, dove $\tau \propto \hbar^{-2}$.
Infine

se $\alpha \geq 1$ il limite della probabilità è una bestia strana e diventa sensibile alle proprietà spettrali dello stato $\psi$⁽¹⁾.

Questo, da un punto di vista fisico, complica la situazione e rende necessarie ulteriori analisi. Resta però interessante l’idea che tale effetto possa avere anche un’azione a lungo termine sui sistemi quantistici.

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1. Facchi, P., & Ligabò, M. (2017). Large-time limit of the quantum Zeno effect Journal of Mathematical Physics, 58 (3) DOI: 10.1063/1.4978851 (arXiv) ↩ ↩ ↩

Le argentee teste d'uovo

Illustrazione di Franco Brambilla

Benjamin è uno sceneggiatore alle prime armi. Ha scritto un cortometraggio in collaborazione con Ross Goodwin, che gli ha semplicemente fornito i dati necessari, come ore e ore di film di fantascienza e non solo. Una volta conclusa la fase di scrittura, il film è stato girato dal regista Oscar Sharp e interpretato da Thomas Middleditch, Elisabeth Gray e Humphrey Ker. La particolarità di Benjamin è di essere una rete neurale artificiale.

Reti neurali

Grazie ai suoi studi che portarono alla costruzione di Colossus, si può considerare Alan Turing uno degli ispiratori non solo per la creazione del computer, ma anche per gli studi sullo sviluppo di un’intelligenza artificiale. Il test di Turing era uno dei primi tentativi di ideare un sistema per verificare se un’intelligenza programmata da un essere umano fosse in grado di risultare indistinguibile da una umana. I ricercatori che, però, vanno considerati i veri iniziatori degli studi nel campo sono Warren McCulloch e Walter Pitts che nel 1943 svilupparono un modello di calcolo per reti neurali⁽¹⁾, che aprì la strada a due differenti approcci nello studio dell’intelligenza: da un lato quello sui processi biologici all’interno del cervello e dall’altro lo studio di reti neurali artificiali.

L'ultima occasione

La passione per la scienza e le sue qualità affabulatorie hanno portato Douglas Adams in giro per il mondo e non semplicemente per pubblicizzare i romanzi della serie della Guida Galattica per autostoppisti o per una qualche convention tecnologica sull’ultimo oggetto uscito dalla casa della mela, ma anche per una ricerca apparentemente senza speranza: quella degli animali in via di estinzione.
Insieme con lo zoologo Mark Carwardine, Adams si è messo in viaggio con il beneplacito della BBC (che ovviamente ha utilizzato il materiale per una serie di documentari) sulle tracce del varano del Komodo, del parrocchetto (e altri volatili) di Mauritius, delle volpi volanti sempre delle Mauritius, di vari animali nello Zaire (ad esempio il gorilla di montagna o il rinoceronte o l’ippopotamo), in Nuova Zelanda sulle tracce del rarissimo kakapo, in Cina per vedere il delfino baiji che le autorità locali avrebbero protetto, ritenendolo un patrimonio della Cina al pari della famosa Muraglia.
Gli sforzi dei cinesi non sono stati coronati da successo: il baiji è stato dichiarato estinto nel 2006 e, nonostante nel 2007 venne avvistato un animale che gli somigliava, gli esperti ritengono che, anche fosse vero, comunque non avrebbe salvato dall’estinzione definitiva questa particolare razza di delfini di acqua dolce.
Il senso del viaggio di Adams e Carwardine è allora chiaro: avere un’ultima occasione per incontrare queste razze in via di estinzione, raccontare la loro lotta per la sopravvivenza, aiutati spesso da pochi individui isolati, come il barbuto e silenzioso Arab, protettore dei kakapo, un pappagallo notturno particolarmente schivo, anche con quelli della sua specie, motivo per cui si è ritrovato improvvisamente in pericolo di estinzione nel momento in cui i colonizzatori europei giunti in Nuova Zelanda hanno portato con sé dei formidabili predatori: i gatti. D’altra parte anche il kakapo non aiuta particolarmente bene la sua stessa causa: di fronte a un pericolo, infatti, si blocca, nella speranza di riuscire a mimetizzarsi con l’ambiente circostante.
Al momento, però, grazie alla protezione del governo neozelandese, questi particolari pappagalli si trovano in alcune zone protette sulle isole di Codfish Island e Anchor Island: i 126 esemplari della specie sono ancora con noi!
L’ultima occasione è un libro ricco di storie di questo genere, raccontato con un ritmo veloce e con il solito stile divertente (ma anche irriverente) del grandissimo Douglas Adams. Un libro da leggere che era stato pubblicato in Italia nel 1991 (un anno dopo la pubblicazione originale), ma che Mondadori ha ripreso lo scorso anno, ma visto che il towel day 2016 è stato occupato dal Salmone del dubbio, la recensione è stata rinviata alle celebrazioni di quest’anno.
Buon towel day a tutti!

Dinasauri con le piume: Jianianhualong tengi

Non avrei scritto nemmeno una riga se no fosse stato per la puntata del Le grandi domande della vita sull’uovo e la gallina. Però, visto che in qualche modo dovevo recuperare la puntata del venerdì (che non è andata on-line per scarsa voglia dello scrivente…), allora ho deciso di recuperare la ricostruzione del Jianianhualong tengi fatta da Julius T. Csotonyi.
Questa nuova specie di dinosauro che assomiglia un po’ a un velociraptor con le piume (e senza sguardo criminale!): in effetti appartiene al sottogruppo dei microraptoria all’interno della famiglia dei dromaeosauridi, la stessa dei velociraptor (diciamo che sono in qualche modo cugini), ed è uno di quei dinosauri con le piume che potrebbe costituire uno dei vari passaggi che ha portato agli uccelli attuali. Ovviamente l’importanza del ritrovamento va al di là del dettaglio piumato che in questa sede mi interessa, pertanto invito i lettori a dare un’occhiata all’articolo su Nature Communications.

Le grandi domande della vita: fredde come le montagne

Nonostante la bella stagione si lasci ancora desiderare (almeno qui a Milano), iniziamo a concentrarci sui misteri della termodinamica delle stagioni:

Aria calda, aria fredda

Quando a scuola impariamo che l’aria calda è più leggera e quindi sale, mentre quella fredda scende, questo non sembra stridere con quanto, invece, abbiamo imparato dall’esperienza, ovvero che in montagna fa più fresco. La spiegazione che più spesso ci si da è quella dei venti in alta quota, ma di fatto non può essere considerata completamente sodisfacente. Una possibile risposta al quesito su come mai in montagna fa più fresco che in pianura o al mare può venire dall’equazione dei gas perfetti, nonostante l’aria non possa essere considerato un gas perfetto \[PV = nRT\] L’equazione, determinata da Émile Clapeyron nel 1834 a partire dai lavori di Robert Boyle, Jacques Charles e Amedeo Avogadro, pur risultando meno precisa di quella scoperta da Johannes Diderik van der Waals, è utile per capire qualitativamente l’effetto di abbassamento delle temperature con l’altitudine che sperimentiamo in estate.
Prendiamo un pallone aereostatico riempito di una data quantità di aria riscaldata da un fornelletto a gas. All’aumentare della temperatura, la pressione all’interno del pallone inizia ad aumentare, permettendogli così di alzarsi verso gli strati superiori dell’atmosfera. La pressione agli strati superiori, come ci insegna la legge di Stevino, è però sempre più bassa e così la temperatura esterna. Questa diminuzione di temperatura, a causa dello scambio di calore tra interno ed esterno del pallone, determinerebbe una diminuzione della temperatura e quindi della pressione dell’aria calda, che viene compensata da successive aperture del fornelletto che consentono al pallone di restare in aria.
Prendiamo ora una quantità di aria calda sul livello del mare libera di muoversi e senza alcuna costrizione da parte di palloni aereostatici. Essa si muoverà verso l’alto, strato dopo strato, incontrando aria più fredda e scambiando calore con questi strati, senza però ricevere dall’esterno alcun rifornimento energetico, come invece avviene nel pallone aereostatico. Questo scambio di calore, allora, genera la diminuzione di temperatura dell’aria calda man mano che sale verso la cima della montagna, dovuto essenzialmente agli urti con le molecole più lente di aria fredda. A causa di questi urti, la velocità media dell’aria calda diminuisce e dunque anche la sua temperatura, come evidente giocando un po’ con l’equazione di Boltzmann e la teoria cinetica dei gas: \[T = \frac{m v^2}{3 k}\] dove $m$ è la massa di una molecola d’aria, $v$ la velocità media di ciascuna di esse, $k$ la costante di Boltzmann.

Le grandi domande della vita: edizione sprint

Con grandissimo ritardo rispetto al solito (le cose da fare sono tante, in questo periodo) e particolarmente breve e snella. Iniziamo con il pi greco (d'altra parte il pi day e il carnevale della matemtica associato si avvicnano!):

Il $\pi$ e i numeri interi

Esiste un numero che moltiplicato per $\pi$ fornisce un numero intero come risultato? La risposta più ovvia e breve è indubbiamente $0$, ma se oserviamo che non viene specificata la natura del numero che dovrebbe moltiplicare il pi greco, allora esistono un numero infinito di numeri della form $n / \pi$, con $n$ intero, che moltiplicati per $\pi$ forniscono come risultato un numero intero.

Annullare la gravità

Esiste una distanza per cui la gravità si annulla? Basandosi sulla formula, la distanza esiste: l'infinito. La risposta, oviamente, non è proprio soddisfacente, da un punto di vista comune. Sicuramente esistono situazioni a gravità zero, ovvero situazioni in cui si annullano (o si attenuano) gli effetti della gravità, ma più in generale sarebbe più corretto parlare di microgravità. D'altra parte si potrebbe eventualmente parlare di gravità nulla in quelle situazioni in cui i nostri strumenti non sono in grado di rilevare alcuna forza gravitazionale sufficientemente intensa da superare l'errore commesso per misurarla.

Le grandi domande della vita: C'era una volta...

Due i principali protagnisti di questa edizione: il tempo (che mi ha permesso di riciclare, con nuova impostazione, quanto avevo scritto per la recensione di OraMai di Tuono Pettinato) e il pi greco, inserito per l'avvicinarsi del pi day, ricorrenza che come ogni anno non mancheremo di festggiare tutti inseme!

L'oscuro mistero del tempo

Ilya Prigogine secondo Tuono Pettinato

Ben due domande sul tempo: una sulla sua linearità e l'altra sul fatto di essere una dimensione o qualcosa d'altro. Entrambe le domande sono due aspetti di quella più generale sulla natura del tempo.
Secondo Albert Einstein (che non ci abbandona mai in questa serie!), il tempo è

Quella cosa che si misura con l'orologio.

D'altra parte il Premio Nobel per la Chimica Ilya Prigogine propose le idee, forse inquietanti, di tempo termico e freccia del tempo, ovvero esiste una direzione che, una volta intrapresa, non può essere percorsa al contrario: il piatto che si rompe, non si ricompone; l'uomo che invecchia, non ringiovanisce; e così via. Questa definizione è fortemente legata all'entropia e viene descritta con grande leggerezza da Carlo Rovelli:

La caratteristica più saliente del tempo è che va avanti e non indietro, cioè la sua irreversibilità. È l'irreversibilità a caratterizzare ciò che chiamiamo tempo. I fenomeni "meccanici", cioè i fenomeni in cui non entra il calore, sono sempre reversibili. Cioè, se li filmate e li proiettate all'indietro vedrete fenomeni perfettamente realistici. Per esempio filmate un pendolo, oppure un sasso lanciato verso l'alto che sale e poi ridiscende, e guardate il film al contrario, vedrete ancora un ragionevolissimo pendolo, o un ragionevolissimo sasso che cale e poi ridiscende. Ah! direte voi, ma non è vero! Quando il sasso arriva a terra si ferma, se guardo il film vedo un sasso che salta da solo a partire dalla terra, e questo è impossibile. Esatto, e infatti quando il sasso arriva a terra si ferma, e dove va la sua energia? Va a scaldare la terra su cui è caduto! Si trasforma in un po' di calore. Nel preciso momento in cui si produce calore, avviene un fenomeno irreversibile: un fenomeno che chiaramente distingue il film diritto da quello rovescio, il passato dal futuro. È sempre il calore, in ultima analisi, a distinguere il passato dal futuro.

Dal punto di vista strettamente matematico il tempo è, in ogni caso, una delle quattro dimensioni geometriche dello spazio in cui siamo immersi, quindi è una dimensione come quelle spaziali, ma abbiamo bisogno di distinguerle attraverso una geometria non euclidea, che si è dimostrata più efficace per consentire alla fisica di descrivere il nostro universo.
Il modo con cui viviamo il tempo è, però, soggettivo, legato al modo con cui interagiamo con le condizioni esterne: con questa idea in testa Claudia Hammond ha ideato alcuni esperimenti per valutare la precisione del cosìddetto "orologio interno", usualmente precisissimo a meno di situazioni stressanti.
Quindi il tempo è una dimensione che però non siamo in grado di percorrere in entrambe le direzioni, essendo legato a fenomeni irreversibili, e lo sperimentiamo in termini soggettivi.
E la sua linearità? In termini matematici, questa è una proprietà di una relazione o di una funzione rappresentabile attraverso una linea dritta. E il tempo è lineare, come funzione della posizione e della velocità, solo nel moto rettilineo uniforme, mentre già in quello uniformemente accelerato il tempo è quadratico. Imagino, però, che il lineare sia inteso come sinonimo di sequenziale, ma a questo punto bisognerebbe chiedersi: è il tempo, che è una delle dimensioni dell'universo, ad essere sequenziale o sono gli eventi che in esso accadono a essere sequenziali? E secondo me è più corretto parlare di eventi sequenziali e non di tempo sequenziale. Ed è anche abbastanza ovvio che tutte queste domande sul tempo non ce le porremmo senza l'invecchiamento!

Le grandi domande della vita: cerchi e numeri

Anche per questa edizione l'universo è protagonista: d'altra parte è un luogo pieno di misteri grazie alle sue inusitate dimensioni, ma non ci facciamo mancare nemmeno una buona dose di matematica!

L'oggetto più rotondo dell'universo

L'idea di chi ha posto la domanda è se esista in natura un oggetto perfettamente sferico o se, invece, è di fattura umana.
Una interessante e recente risposta viene da Kepler 11145123, una stella poco più d due volte più grande del nostro Sole e che ruota intorno al suo asse all'incirca 3 volte più lentamente. Dai dati strutturali rilevati è l'oggetto naturale più sferico mai osservato!

Trappisti nello spazio

Fondato nel 1892 da Armand Jean le Bouthillier de Rancé, l'ordine dei trappisti si è diffuso un po' in tutta Europa e anche in qualche parte del mondo (è arrivato anche in Australia, pensate un po'!) e ora probabilmente penserà bene di iniziare un'opera missionaria verso nuovi mondi extrasolari, come i sette pianeti rocciosi trovati intorno alla stella rossa Trappist-1.
Come avrete capito non potevo contenere quel pizzico di iornia insito nell'acronimo Trappist, TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope. TRAPPIST è, infatti, un piccolo telescopio belga con un'apertura di 60 cm installato presso l'Osservatorio de La Silla in Cile. Completamente automatico, è alla ricerca di pianeti extrasolari utilizzando il metodo del transito. E il sistema planetario trovato intorno a Trappist-1, scoperto attraverso questo metodo, è anche particolarmente piccolo, decisamente in linea con le dimensioni della stella, il cui diametro è all'incirca quello di Giove. D'altra parte i sette pianeti rocciosi, tutti con dimensioni paragonabili a quelle della Terra e degli altri rocciosi che orbitano intorno al Sole, si trovano a una distanza pari a quella della fascia degli asteroidi.

Ora, poiché la stella è particolarmente piccola e fredda (per quanto questo genere di stelle siano anche abbastanza diffuse), la sua zona abitabile si trova anche piuttosto vicina al bordo e, dunque, praticamente tuti e sette i pianeti (chi più chi meno) si trovano all'interno della zona abitabile di Trappist-1. Infatti ci si aspetta che su almeno un paio di pianeti ci siano le condizioni per la vita (acqua liquida): sarà dunque particolarmente interessante seguire gli aggiornamenti che verranno nei prossimi mesi e anni da una piccola stella rossa distante 39 anni luce da noi.

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Leggi anche: Trovati 7 pianeti simili alla Terra: cose da sapere assolutamente

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L'infografica, realizzata da Amanda J. Smith, è tratta dal sito ufficiale della stella!

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Gillon, M., Triaud, A., Demory, B., Jehin, E., Agol, E., Deck, K., Lederer, S., de Wit, J., Burdanov, A., Ingalls, J., Bolmont, E., Leconte, J., Raymond, S., Selsis, F., Turbet, M., Barkaoui, K., Burgasser, A., Burleigh, M., Carey, S., Chaushev, A., Copperwheat, C., Delrez, L., Fernandes, C., Holdsworth, D., Kotze, E., Van Grootel, V., Almleaky, Y., Benkhaldoun, Z., Magain, P., & Queloz, D. (2017). Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1 Nature, 542 (7642), 456-460 DOI: 10.1038/nature21360 (pdf)

Ossessione d'amore

Spero sia stato un buon #SanValentino di sangue per tutti! Nel segno di #AlfredHitchcock

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Inquadratura escheriana da Vertigo

Uno dei più grandi registi del cinema del brivido, Alfred Hitchcock, ha reso immortali sullo schermo del cinema molti grandi romanzi. Abbiamo già visto che Psycho è la versione, incredibilmente fedele (a parte pochi dettagli), del romanzo di Robert Bloch, ma il maestro del thriller si interessò anche a due altrettanto grandi maestri del noir francese, Pierre Boileau e Thomas Narcejac.
Un primo tentativo di portare una loro storia sul grande schermo era andato a vuoto: Henri-Georges Clouzot aveva anticipato Hitchcock nell'acquisizione dei diritti de I diabolici, così, come narra la leggenda citata nel risvolto della copertina dell'ultima edizione Adelphi, i due scrittori francesi scrissero D'entre les morts proprio per il regista statunitense, che in effetti acquistò i diritti del romanzo e realizzò uno dei suoi capolavori, Vertigo, meglio noto in Italia come La donna che visse due volte.
La storia, riportata abbastanza fedelmente sul grande schermo da Hitchcock, è quella di un ex-poliziotto che inizia a indagare sulla moglie di una sua vecchia conoscenza che lo contatta dopo anni proprio per evitare che la moglie si suicidi. Ambientato nella Francia a ridosso della Seconda Guerra Mondiale, il romanzo si struttura in due parti, la prima che si sviluppa a Parigi e che vede il compimento di un piano complesso che porta alla morte della donna e la seconda a Nizza, quando il protagonista prima scopre quella stessa donna, di cui si era innamorato, rediviva, e quindi del piano complesso del suo vecchio compagno di studi, di cui in qualche modo era rimasto intrappolato.
E' proprio l'ossessione generata nel protagonista che permette di classificare La donna che visse due volte come romanzo noir e se le ombre e i tormenti interiori nel film diventano una fotografia inquietante e opprimente, nel romanzo siamo testimoni, quasi coprotagonisti di un amore che può solo finire in un unico modo...