Il fascino di immaginare e “non capire” l’universo

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La più bella stellata della mia vita l’ho vista nel deserto del Nevada nell’estate del 1973. Dopo tanto tempo ne mantengo un ricordo ancora vivido; è una delle poche esperienze che, sopravvivendo ai ricordi, diventano un segno permanente e patrimonio di una vita. Con alcuni amici visitavo per la prima volta gli Stati Uniti; stavamo andando da San Francisco a Las Vegas con un bus della compagnia Greyhound. Nella notte il bus ebbe un guasto e rimanemmo bloccati per alcune ore nel deserto dei Mojave, in attesa dell’arrivo di un altro bus che ci permettesse di proseguire il viaggio.

Amarcord: le stelle del Nevada

La notte era limpida, l’aria del deserto fresca e tersa, nessuna luce era visibile nelle vicinanze. Ricordo gli odori, il colore dell’asfalto e il calore che restituiva, il silenzio della notte, l’aria fresca e secca. Mi sdraiai a lato della strada a contemplare il cielo nerissimo, popolato da una miriade sterminata di stelle e dalla debole presenza della Via Lattea (non ero ancora miope e il seeing era ottimo). Ero alla fine del terz’anno di Fisica e avevo già deciso che avrei fatto astrofisica. Se così non fosse stato probabilmente lo avrei deciso quella notte sopraffatto dall’emozione prodotta dalle migliaia di stelle che brillavano sopra di me, stimolando la mia curiosità e il desiderio di sapere tutto di questo universo: come si era formato e quale era il suo fato, come fossero le stelle e le galassie che lo popolavano, che aspetto avessero le stellate viste da altri pianeti e molto altro ancora.

Ho rivisto stellate simili solo occasionalmente, a La Silla e al Paranal, sulle Ande cilene, e a Mauna Kea nelle Hawaii. Due luoghi dove mi sono recato, ripetutamente, anni dopo quando, diventato astrofisico, ho avuto modo di utilizzare per il mio lavoro i grandi telescopi ubicati nei migliori siti astronomici.

L’emozione dell’infinito

La maggior parte di noi ha perso la possibilità di vivere l’esperienza di una stellata in una notte veramente buia e limpida; alcuni di noi – i più giovani – forse non l’hanno addirittura mai avuta. L’inquinamento luminoso, non solo nelle città, ma anche nelle campagne dei paesi industrializzati, rende impossibile la visione delle stelle più deboli (quelle più numerose!), della Galassia e la percezione, attraverso la differenza di luminosità delle stelle, della “profondità” del cielo. È proprio questo, la profondità del cielo, che genera una grande emozione. È l’esperienza pratica che più ci avvicina, e lo fa in un attimo, al concetto di infinito. La sfida mentale di immaginare distanze che il nostro senso comune non riesce a comprendere, di pesare il vuoto cosmico con la distribuzione di materia e di luce, la difficoltà di confrontarsi con l’ignoto.

Guardare una stella, Deneb, e pensare che stiamo vedendo la sua luce emessa 1600 anni fa quando da noi scorrazzavano Visigoti e Unni. Immaginare altre stelle produrre albe e tramonti dai colori diversi da quelli cui siamo abituati, sugli orizzonti di altri pianeti.

Immaginare, non “capire”

Immaginare – come palliativo del capire – le situazioni estreme comuni nell’universo, densità tali da rendere un cucchiaio di materia pesante un miliardo di tonnellate, temperature di milioni di gradi, velocità prossime alla velocità della luce, con i conseguenti e poco intuitivi effetti relativistici.

Come molti altri, dopo una vita dedicata a tutte queste cose, ho l’impressione di non avere fatto molta strada. Sono ancora qui a pormi molte domande e a cercare di capire come è fatto questo nostro universo. Ho ancora le curiosità di allora, quasi tutte insoddisfatte, e se ne sono aggiunte altre! Ho solo acquisito una certa familiarità con molte delle proprietà del nostro universo; ho imparato ma non posso certo dire di aver capito.

So che ha un’età di circa 14 miliardi di anni e so che aspetto aveva quando di anni ne aveva solo trecentomila. So quali oggetti lo abitano e quali numeri lo descrivono. Sono quasi tutti impossibili potenze di 10, come il numero di stelle nella nostra galassia (qualche 1011), oppure l’eccesso iniziale di materia rispetto all’antimateria - una parte su 109 - che si è venuto a formare a seguito, probabilmente, della violazione di “CP” il prodotto di Carica e Parità (la possibilità di scambiare particella con antiparticella insieme alle coordinate spaziali dell’interazione), o ancora i 10-34-10-32 secondi in cui l’universo si è espanso in modo inimmaginabile, per guadagnarsi l’uniformità su grande scala che ora osserviamo.

Tutti i “come” dell’universo e la fisica madre di tutte le scienze

L’astrofisica, con la fisica delle particelle elementari e delle altissime energie, è la disciplina che più ci avvicina alla domanda finale, l’ultima di tante, anzi la prima di tutte: Come?

Cioè, come è nato l’universo? Come finirà? Come funziona? E perché? Per usare un’espressione un po’ abusata, la fisica è la madre di tutte le scienze. Tutto il resto è venuto dopo.

Il primo periodo di vita dell’universo è stato unicamente determinato dalle leggi fisiche; la chimica è nata quando l’universo si è raffreddato abbastanza da permettere legami atomici e molecolari; la biologia quando è stato possibile avere i primi aggregati organici e complessi; per non parlare di genetica, botanica, zoologia, e psicologia, che hanno dovuto attendere lo sviluppo di vita complessa e poi intelligente. Fa eccezione, in un certo senso, la matematica che rappresenta il linguaggio in cui è scritto tutto ciò che è scientifico.

Matematica, lingua di tutte le scienze

In questo senso la matematica non è nemmeno una scienza, bensì il linguaggio in cui parlano le scienze. Galileo ne era convinto e l’ha messo nero su bianco nel Saggiatore quattro secoli fa. Il poter paragonare le matematiche di due diverse culture intelligenti, e avanzate nello sviluppo culturale e tecnologico, mai venute a contatto tra loro, sarebbe in effetti un esercizio di impagabile valore. Forse aiuterebbe a capire quanta matematica è stata scoperta e quanta è stata inventata.

Ci fosse il tempo, sarebbe interessante paragonare anche i valori ottenuti per le costanti fisiche fondamentali, ma quelli mi aspetto che coincidano. Ho avuto la fortuna di avere continuamente, durante il mio percorso scolastico, maestri e professoresse di matematica di altissima levatura. La mia gratitudine più sentita va al maestro delle elementari, si chiamava Altamura, che con i numeri ci faceva giocare e divertire. Risale ad allora, e glielo devo, il mio amore per i numeri e la mia passione per sommare e moltiplicare a mente, divertendomi a memorizzare trucchi ed espedienti per velocizzare le operazioni. Ricordo che gli ultimi 10-15 minuti di ogni mattina di lezione erano dedicati a gare di calcolo mentale veloce, la classe divisa in quartieri, per un campionato che poi vedeva premiata la squadra migliore.

Anche alle scuole medie e poi al liceo ho avuto insegnanti di matematica molto brave e stimolanti. Tutto questo, da un lato mi ha fatto amare e coltivare la materia, verso cui avevo attenzioni simili a quelle che riservavo alle compagne di classe più interessanti, quelle che mi provocavano i primi rimescolamenti ormonali, dall’altro mi aveva illuso di capirla.

Meccanica newtoniana e meccanica quantistica

La consapevolezza che la matematica poteva crearmi difficoltà (le compagne già lo facevano da tempo) l’ho avuta al secondo anno di università, quando dovetti confrontarmi con gli spazi di Banach e di Hilbert che in nessun modo riuscivo a “vedere”. Ma mi ero iscritto a Fisica, avendo deciso di fare astrofisica, e me la sono cavata comunque. Importante per me era “vedere” le cose. Superato il trauma dell’incomprensione degli spazi di Hilbert (e di molto altro) ho riversato il mio amore sulla meccanica newtoniana (deterministica) che “vedevo” benissimo e ho trovato un giusto equilibrio con elettrologia e magnetismo che pure, ricondotte alla meccanica, diventavano intuitive.

Mi sono poi scontrato con la meccanica quantistica, che richiedeva atti di fede che non ero pronto ad accettare, almeno per quanto andava oltre la ragionevole teoria delle probabilità. Ma ero in buona compagnia, e mi consolavo ripetendo sovente che Feynman aveva detto: “Penso si possa tranquillamente affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica”. Per non parlare delle querelle, in merito, tra Einstein e Bohr. Una volta superata, anche se tardivamente, l’età delle certezze e capito quanto invece fosse meglio avere dubbi, mi sono anche riconciliato con il mondo dei quanti, i dualismi, la sovrapposizione degli stati, l’entanglement e quant’altro; anzi ne sono stato addirittura sedotto e me ne sono innamorato. Continuo a leggere avidamente di scienza (e un poco anche ne scrivo, con crescente fatica) tristemente consapevole che le mie curiosità (in costante aumento) rimarranno in gran parte insoddisfatte e che alcune certezze si sgretoleranno, perché anche le verità scadono.

Qualche giorno fa leggevo su Science-News di un lavoro di Wilczek (premio Nobel per la fisica 2004), Cotler e altri collaboratori, in cui si discute dell’esistenza di cronologie multiple entangled che condividono connessioni quantiche normalmente riservate a particelle piuttosto che a frammenti temporali (!). Ho cercato e trovato il lavoro originale (Experimental test of entangled historiese l’ho letto. Ho capito cosa vuol dire? No. Ma è affascinante.

Pubblicato su Le Stelle n. 154.

Newsletter #issue 3, 2017

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Arte e scienza

Antonio Canal, detto il Canaletto, Campo santi Giovanni e Paolo, 1738 ca, olio su tela, 46,4x78,1 cm, Londra, Royal Collection. Prestato da Sua Maestà Elisabetta II e visibile nella mostra “Bellotto e Canaletto. Lo stupore e la luce”, dal 25 novembre 2016 al 5 marzo 2017 alle Gallerie d’Italia, Piazza della Scala, Milano

  • All'ingresso della mostra "Bellotto e Canaletto, lo stupore e la luce" alle Gallerie d'Italia di Milano si può ammirare la camera ottica portatile appartenuta (forse) a Canaletto. Come utilizzavano questo oggetto Antonio Canal, detto Canaletto, e Bernardo Bellotto, suo nipote e allievo? Come ha influito l'ottica sulla rappresentazione artistica della realtà? [Scienza in Rete, Marco Capovilla]
  • La prima descrizione di una camera obscura è attribuita allo scienziato arabo musulmano Ibn al-Haytham, conosciuto in Occidente con il nome latino di Alhazen. Nel suo libro Kitab al-Manazir (Libro dell'ottica) rivoluzionò la teoria della luce. Probabilmente l'ostilità della religione musulmana verso la rappresentazione figurativa, impedì a Alhazen di realizzare un dispositivo basato sui principi che aveva scoperto. [Scientific American; David Biello]
  • David Hockney, pittore e fotografo inglese, e Charles Falco, fisico sperimentale, elaborarono nel 2000 una teoria secondo la quale l'arte occidentale ha ricevuto un contributo fondamentale dalle conoscenze scientifiche sull'ottica negli ultimi 400 anni. [BBC; David Hockney's Secret Knowledge]
  • Che impatto ha avuto la rappresentazione fotografica della realtà sulla scienza? Secondo David Bower gli ha conferito maggiore autorevolezza e senso di oggettività. [Science News, Bruce Bower]
  • Nel libro "Visual Strategies" Felice Frankel guida gli scienziati a un uso efficace delle immagini, soprattutto fotografiche, per raccontare la propria attività di ricerca. [MIT News; David L. Chandler]

Ricerca scientifica nell'era di Trump

Art Whght House Moon. Credit: The Cancer Letter Issue 6, 12 Febbario 2016.

  • L'eredità della presidenza Obama per il mondo della ricerca scientifica è notevole: la Precision Medicine Initiative, il Cancer Moonshot e molto altro. Visione e tempismo secondo Alberto Mantovani. [Scienza in Rete, Alberto Mantovani]
  • Se Barack Obama nel 2009 promise di restituire alla scienza un posto di rilievo nell'agenda politica, Trump si è mosso nella direzione opposta. Almeno finora. Gli scienziati americani hanno fatto sentire la loro voce sui social media durante la cerimonia di insediamento di venerdì 20 gennaio con l'hashtag #UsofScience [Vox, Julia Belluz]
  • In quanti modi Trump può intervenire sulla ricerca scientifica? Il riassunto nell'infografica pubblicata da Nature.  [Nature News, Lauren Morello]

Etica della scienza / Politica della ricerca

Credit: Protasov AN's Portfolio Credit: Shutterstock.

  • La ricerca interdisciplinare premia in termini di visibilità ma diminuisce la produttività. Questo il risultato dello studio di Erin Leahey, sociologa della scienza all'università dell'Arizona. [LSE Impact Blog, Erin Leahey]
  • Una nuova minaccia alla credibilità della comunicazione scientifica: le riviste "predatorie". Queste riviste pubblicano articoli a pagamento, spesso senza sottoporli a processi di peer-review. Il settore economia e management è il più colpito da questo fenomeno. Tutti i dettagli in uno studio pubblicato dalla Scuola Superiore Sant'Anna. [lavoce.info; Manuel F. Bagues, Mauro Sylos Labini e Natalia Zinovyeva]
  • Graham Coop, un genetista della UC Davis, ha deciso di non pubblicare su nessuna rivista un suo contributo caricato su biorXiv, l'archivio di pre-print in area biologica. La sua scelta è dovuta da una parte al fatto che si trattava di un commento a un articolo e non conteneva un risultato veramente originale, dall'altra alla presenza dei commenti on-line da parte degli utenti di biorXiv. Si chiama pre-peer-review e minaccia di sostituire il processo di peer-review più tradizionale. Cosa ne pensano gli scienziati? Ecco il dibattito che si è svolto (ovviamente) su Twitter. [Nature Research Highlights; Dalmeet Singh Chawla]
  • Al Rochester Institute of Technology nascono due programmi di alta formazione per dottorandi e post-doc con problemi di udito. La diversità nella comunità dei ricercatori biomedici aumenta la qualità della ricerca e ne arricchisce l'agenda. [Science; Gerry Buckley, Scott Smith, James Dearo, Steve Barnett, Steve Dewhurst]
  • Come i decisori politici possono sfruttare le conoscenze accademiche nell'era della post-verità? Nel libro "Evidence-Based Policy Making in the Social Sciences: Methods that Matter" Gerry Stoker e Mark Evans si rivolgono a studenti e practitioners, passando in rassegna strumenti non tradizionali per basare le decisioni politiche sulle evidenze scientifiche. [LSE Impact Blog; David Burton]

Miscellanea

Credit: Associazione Cittadini per l'aria.

  • Si terrà a Milano nell'Aula Magna dell'Università Statale il convegno "RespiraMI. Air Pollution and our Health". Due giorni, il 27 e 28 gennaio, dedicati a un dibattito tra esperti e rappresentanti dell'OMS sugli effetti dell'inquinamento atmosferico sulla salute, in particolare su quella delle categorie più vulnerabili. [RespiraMi]
  • Un gruppo di scienziati svedesi e americani, ha realizzato tramite stampa 3D un microscopio alimentato da uno smartphone in grado di effettuare analisi del DNA e diagnosticare così alcuni tipi di tumori. Il dispositivo potrebbe essere prodotto al costo di 500 dollari, diventando sostenibile per chi offre assistenza sanitaria nei Paesi in via di sviluppo. [BBC Technology; Leo Kelion]
  • La Cina ha inaugurato la scorsa settimana la Dalian Coherent Light Source, un Free Electron Laser. La particolarità della facility cinese è la lunghezza d'onda dei fotoni prodotti, inferiore ai 200 nm. Viene chiamata vacuum ultraviolet light ed è particolarmente adatta a studiare atomi e molecole all'interno di un gas. La ricerca alla Dalian Coherent Light Source potrebbe aiutare a capire come gli aerosol nocivi alla salute si formano e si degradano nell'atmosfera. [Science; Dennis Normile]
  • 3L'11 gennaio scorso il primo fascio di elettroni ha percorso l'anello acceleratore di SESAME, il laboratorio costruito ad Amman in Giordania da una collaborazione senza precedenti tra scienziati provenienti dai Paesi del Medio Oriente, tra cui Iran, Israele, l'autorità Palestinese, Pakistan e Cipro. [Nature; Elizabeth Gibney]