Gli auricolari devono aggrovigliarsi

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Ci siamo passati tutti: vogliamo ascoltare un po’ di musica, tiriamo fuori gli auricolari dalla tasca o dalla borsa e… ORRORE! nodi legati ad altri nodi in un groviglio impossibile.

Esiste un rimedio a questa orribile piaga? Secondo la fisica, no. Proprio no.

A quanto pare, le cuffie si annodano per una ragione semplice ma molto profonda. In sostanza, il filo ha pochissimi modi perché lo consideriamo “ordinato”, ma una marea per essere “annodato”. Anche se ognuno di questi è difficile da formare, a noi non interessa quali nodi si sono fatti, ma solo che ora dobbiamo star lì a sbrogliarli.

Quando mettiamo in tasca le cuffie e ce ne andiamo a spasso, il filo si agita e si mescola. In un certo senso, è come se “scegliesse” più o meno a caso una tra milioni e milioni di forme che ha a disposizione. Siccome quelle annodate sono enormemente di più, il filo finirà quasi di sicuro per essere annodato.

Nel 2007, due fisici americani hanno fatto degli esperimenti, e hanno verificato rigorosamente quanto era probabile formare i nodi (che, tra l’altro, ha a che fare con come si annoda in DNA nelle nostre cellule). Secondo loro, più lungo e flessibile è il filo, più è probabile che si annodi (hanno anche previsto quali nodi erano più o meno probabili).

Non a caso, tutti i trucchetti per evitare il problema cercano di limitare uno o più di questi fattori, ad esempio avvolgendo il filo attorno a qualcosa per accorciarlo e tenerlo fermo. Per di più, le cuffiette dei cellulari sono il caso peggiore in assoluto: lunghe, molto flessibili, si biforcano perfino, triplicando* la possibilità di annodarsi.

Sembrerà banale, ma i nodi nelle nostre cuffie non sono che una manifestazione dell’aumento dell’entropia. Tra le altre cose, questo principio è noto anche come “tutto tende spontaneamente al disordine” ed è quello che proibisce il moto perpetuo. Non male per un pezzo di filo da dieci euro.

CC0-Optimusius1/pixabay

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Le cuffie aggrovigliate sono solo nella frangia fastidiosa di un gruppo di effetti, dal perché la pasta calda si raffredda, a perché la nostra libreria torna inevitabilmente disordinata dopo che l’abbiamo messa a posto, fino a perché sentiamo l’odore dei fiori in un campo. E non ci avventuriamo nella roba davvero esistenziale sul perché il tempo scorre in una direzione.

Perciò no, non possiamo risolvere il problema più di quanto possiamo arrestare lo scorrere del tempo. Ma almeno lo possiamo aggirare con pochi euro e un aggeggino di plastica… o aspettare che Apple lo estirpi alla radice (per molto di più).

 

Foto copertina: twisty (240/365), CC-BY Tim Pierce via Flickr. Some rights reserved.

*Se ci pensate funziona: le possibilità triplicano.

Come funziona un computer quantistico

Probabilmente avete già sentito parlare di computer quantistici. Il vantaggio di leggere la spiegazione qui invece che sentirla da persone molto più affascinanti di me è che non ci sono occhi blu in cui perdersi.

Come dice giustamente il buon Justin, i computer quantistici non usano i normali bit, niente lunghe serie di 0 e 1. Al loro posto usano degli oggetti chiamati quantum bit, o qubit, che possono trovarsi in stati di sovrapposizione, possono essere 1 e 0 contemporaneamente.

L’idea è un po’ la stessa del gatto di Schrödinger che, finché non viene osservato, resta sia vivo che morto.

Il Prof. Andrea Morello dell’Università del New South Wales (Australia), spiega in un’intervista su Veritasium uno dei grandi vantaggi di usare i qubit: immagazzinare informazione in modo efficiente.

Due bit, dice Morello, possono avere quattro combinazioni di valori: 00, 01, 10, 11 e per descriverli sono necessari—spoiler—due bit (il valore del primo e quello del secondo).

Anche due qubit hanno quattro combinazioni. Se andassimo a misurarli, però, li troveremmo ogni volta un diverso in una diversa, e la probabilità di ognuna dipende da come abbiamo costruito la sovrapposizione. Per descrivere la sovrapposizione, quindi, ci serve sapere ciascuna delle probabilità, quindi 4 numeri*.

Sintetizzando, la quantità di informazione nei bit normali aumenta in proporzione a quanti ne usiamo, mentre quella nei qubit aumenta esponenzialmente. Mica male.

Un altro vantaggio dei computer quantistici è che possono manipolare la sovrapposizione stessa, senza misurare i qubit fino alla fine del calcolo. In questo modo possono usare tutte le combinazioni contemporaneamente e portare avanti molte operazioni in parallelo.

Questa abilità è inutile per gli usi quotidiani, ma aiuterebbe molto alcuni calcoli complessi, ad esempio, per capire come si ripiegano le proteine, che è fondamentale per scoprire nuove medicine. Per farlo, però, bisogna calcolare una dopo l’altra tutte le miriadi di combinazioni possibili, che è difficilissimo. I computer quantistici potrebbero simulare tutte le configurazioni in parallelo, sveltendo di molto l’operazione.

In teoria sappiamo praticamente tutto: come manipolare i qubit, che struttura devono avere i circuiti, come devono essere programmati i computer. Costruirli davvero, mettere insieme più di un paio di qubit sembra ancora molto molto complicato (nonostante notevoli recenti passi avanti).

Almeno per ora, tra il dire e il fare…

 

Credit: stefanieshank.tumblr.com

 

*Nota per attenti alla matematica:

Avrete notato che le probabilità devono sommare a 1, perciò si eliminerebbe uno dei numeri necessari per descrivere la sovrapposizione. Non me lo sono dimenticato, ma ho saltato l’argomento per brevità, semplicità e coerenza con quello che dice Morello nell’intervista. Resta il fatto che l’informazione contenuta nei qubit è esponenziale nel loro numero che sia 2^n o 2^n -1 bit.

 

Foto copertina: CC0 Wokandapix/pixabay.com

Gli alieni sono più probabili di quello che pensavamo

La Terra è l’unico posto che siamo sicuri abbia ospitato vita intelligente. L’unico in tutto l’universo in cui sia mai successo. Siamo sicuri che sia davvero l’unico? Frank Drake provò a rispondere negli anni 60 con una semplice equazione: un’pprossimazione molto… approssimativa ma mostrava che, molto proabilmente, non siamo soli.

Secondo Adam Frank dell’Università di Rochester (USA): “La questione è sempre stata afflitta dalle grandi incertezze nell’equazione di Drake: quante stelle abbiano pianeti abitabili, quanto spesso la vita si evolva in esseri intelligenti, e quanto a lungo durino queste civiltà.” In uno studio pubblicato su Astrobiology, Frank e il suo collega Woodruff Sullivan hanno dimostrato che alcune di queste incertezze si possono raffinare, altre addirittura aggirare.

I termini dell’Equazione di Drake nella forma originale e come vengono raggruppati nello studio di Frank e Sullivan (cliccando si ingrandisce). Credit: University of Rochester

Grazie al telescopio Kepler, ad esempio, sappiamo quante le stelle abbiano pianeti abitabili, ma ancora non sappiamo quanto a lungo sopravvivano ipotetiche civiltà aliene. Frank e Sullivan hanno aggirato il problema chiedendosi “quanto dovrebbe essere improbabile lo sviluppo di civiltà avanzate perché l’umanità sia davvero l’unica ad essere mai emersa?”

Secondo i loro calcoli, perché l’umanità sia unica nella storia serve che la probabilità di evolvere una civiltà sia meno di uno su 10mila miliardi di miliardi. In pratica è centomila volte più difficile essere soli che fare 6 al Superenalotto. Due volte di fila. C’è anche un comodo calcolatore per sapere quanto probabile è essere soli in una fetta di universo.

“Per la prima volta abbiamo una risposta empirica, ed è sbalorditivo quanto sia probabile che non siamo l’unica civiltà ad essersi sviluppata”, dice Frank.

Non sapendo quanto a lungo siano vissute altre civiltà, però, non sappiamo se sono ancora lì, e anche se lo fossero, potremmo essere troppo lontani per essere contattati.

 

Foto copertina: CC0 augustfinster, via pixabay.com