2 domande difficili sulle onde gravitazionali (con cagnolini!)

Sembra ieri, ma è già passato un anno da quando gli scienziati di LIGO hanno annunciato di aver trovato le sfuggenti onde gravitazionali, che stirano e comprimono lo spazio (anche se di poco) al loro passaggio.

Ma cosa vuol dire “stirano e comprimono lo spazio”? e come si misura una roba del genere? Per rispondere a queste importantissime, difficilissime domande, mi serve un po’ di pucciosità.Continua a leggere

La porta del mondo microscopico

Alla Domenica Sportiva tedesca fanno un gioco in cui il concorrente deve fare goal tirando in una porta da calcio quasi interamente coperta. Farlo con un pallone è difficile, ma farlo con delle particelle ha rotto la fisica dell’Ottocento.

Rendiamo il gioco più semplice: diciamo che, invece dei due buchi, abbiamo due fenditure alte quanto lo schermo. Ora mettiamo un muro bianco dietro lo schermo, tiriamo un sacco di volte e guardiamo dove il pallone lascia le impronte sul muro. Chiaramente, disegneranno grosso modo la forma delle fenditure.

Il gioco ha senso solo se le aperture sono poco più grandi del pallone: troppo piccole e diventa impossibile, troppo grandi e son capaci tutti. Allo stesso modo, facendo le fenditure piccole abbastanza, possiamo farlo con delle particelle.

In un esperimento, per esempio, ogni secondo un elettrone veniva “calciato” verso uno schermo esattamente come quello che ho descritto (che coincidenza!). Questo video mostra le loro impronte.

Non proprio la forma delle due fenditure, eh? Ogni elettrone si comporta come se passasse da entrambe le fenditure contemporaneamente, come se interferisse con se stesso.

Questo dimostra che un elettrone può essere in “una sovrapposizione di stati di posizione”, che è come i fisici pomposi dicono “può stare sia qui che lì”. La capacità delle particelle microscopiche di essere in stati sovrapposti, di essere qualcosa e qualcos’altro contemporaneamente, si chiama principio di sovrapposizione.

È solo una delle strane regole del mondo microscopico, che cerchiamo di scoprire da un secolo. C’è ancora tanto che non sappiamo, ma questo prodigioso viaggio è appena iniziato.

Foto: Torwand!, CC-BY-NC Mika Meskanen, via Flickr. Some rights reserved.

Aristotele ha sempre torto. E va bene così

Il Sole, i pianeti e tutto l’universo ruotano intorno alla Terra appesi a sfere di cristallo. La velocità di un corpo è proporzionale alla forza applicata. Un sasso cade perché la terra è il suo elemento naturale. Click Here

Questi sono alcuni degli insegnamenti di Aristotele, forzatamente tramandati per secoli, che hanno frenato il progresso scientifico. Prendendo una qualsiasi branca della scienza, è praticamente impossibile non imbattersi in qualcosa di completamente assurdo detto dall’illustre filosofo. In fondo, però, non è colpa sua se aveva l’incredibile capacità di non azzeccarci mai.

Più che altro era sfortuna: quasi tutte le teorie scientifiche moderne—esempio qualsiasi: gli atomi—hanno un antenato in Grecia. Ma anche in quei casi, qualcuno ne ha semplicemente beccata una giusta. Quelle teorie hanno comunque lo stesso valore scientifico delle affermazioni di Aristotele: poco.

Il fatto che ci sia sempre qualcosa su cui Aristotele ha torto, però, vuol dire anche che ha provato a capire tantissime cose, in tantissimi campi diversi. Il suo lavoro è un monumento alla curiosità umana. Purtroppo, il suo metodo lasciava più a desiderare, perché i ragionamenti non erano supportati da prove sperimentali.

Perciò non dovremmo prendercela con lui. Dovremmo invece essergli grati per averci provato, per averci dato una quantità enorme di punti di partenza (per quanto sbagliati), per ricordarci l’enormità di quello che c’è da scoprire e quanto sia appassionante provare a scoprirlo.

Altra possibile lezione (forse più importante): il rogo non risolve le dispute scientifiche. Almeno non nel lungo termine.

Foto: wikimedia.org

Gattini e no

C’è scatola sigillata con dentro un gatto e un marchingegno in grado di ucciderlo appena un atomo radioattivo decade. Se aprissimo la scatola, troveremmo il gatto vivo o morto? E come sta il micio finché la scatola è chiusa?

Si tratta, in estrema sintesi, dell’esperimento (mentale: nessun gatto è stato maltrattato!) del “Gatto di Schrödinger“, che prende il nome dall’eminente fisico Erwin Schrödinger, uno dei padri della fisica quantistica. Come forse avrete sentito dire, finché non apriamo la scatola, il gatto è simultaneamente sia vivo che morto.

Il motivo di questa stranezza è uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica: il principio di sovrapposizione. Semplificando, nel microscopico mondo dei quanti, alcune proprietà possono avere più valori contemporaneamente. Ad esempio, un elettrone può essere in due posti allo stesso tempo. Almeno finché non andiamo a misurarlo. Allora, in un certo senso, “decide” dove farsi trovare. E non è solo un’illusione, finché non lo cerchiamo l’elettrone è veramente in più posti.

Il principio di sovrapposizione funziona. Davvero. Hanno fatto degli esperimenti. La natura microscopica descritta dalla teoria quantistica è, quindi, profondamente diversa da quella macroscopica classica a cui siamo abituati.

Le regole del nostro mondo macroscopico non funzionano quando parliamo di particelle microscopiche e le regole quantistiche non valgono per i gatti. Usando le regole di un mondo nell’altro porta a paradossi: un gatto non può essere sia vivo che morto, e un atomo può essere sia decaduto che no.

Proprio qui mirava Schrödinger piazzando un oggetto quantistico (l’atomo radioattivo) assieme ad un oggetto classico (il gatto). E questa è la meraviglia e la “magia” del mondo quantistico: è tutto diverso e governato da leggi diverse.

Foto: Cat CCTV, CC-BY-SA Takashi Hososhima, via Flickr. Some rights reserved.