La fisica e le regole delle migrazioni

Cambia la stagione: è il momento per le oche, le rondini e tutti gli altri di cambiare aria. Con o senza noci di cocco.

Pensavate fosse terrotorio esclusivo della biologia, eh? Ma i fisici non sanno resistere quando trovano un problema interessante. O due…

La formazione a V

Diversi grandi uccelli migratori (oche, ma anche gru e pellicani a quanto pare) volano in formazione, con una tipica forma a V. Decisamente non il modo più intuitivo di andarsene in giro.

Migration

CC-BY Mike Lewinski/Flickr

Ma c’è un’ottima ragione per farlo: risparmiare energia. Tenere 5 chili di oca in aria è un lavoraccio di per sé, figuriamoci farli volare attraverso un oceano. Grazie alla formazione a V, però, si risparmia fino al 30% dell’energia.

Con un po’ di dinamica dei fluidi, gli scienziati hanno scoperto come funziona. Durante il volo, dalle ali si solleva una piccola corrente ascensionale, chiamata upwash.

Planes, too, create upwash vortices off their wingtips when flying. Credit: wikimedia

Anche dalle ali degli aerei si forma l’upwash. Credit: wikimedia

Per catturarla, basta stare appena sopra e un po’ a lato dellle ali dell’oca davanti a noi. Ma dovremmo stare alla sua destra o a sinistra? Facile: basta fare quello che hanno fatto quelli davanti. Così terremo un occhio su tutto lo stormo e prenderemo le correnti meno turbolente. Se tutti fanno così, il gruppo disegnerà automaticamente quell’inconfondibile V.

Lo stormo anarchico
Flock

CC-BY-NC Abraham Morales/Flickr

Lunghi voli nonstop non fanno per tutti, quindi non tutti gli uccelli hanno così bisogno di risparmiare energia. Alcuni, come gli storni, sono solo preoccupati di non diventare la cena di qualcuno. Per quello non servono formazioni, basta stare assieme.

Recenti studi (con l’università La Sapienza in pole position) hanno scoperto che questi stormi si muovono assieme senza che nessuno li coordini. Simulando il comportamento degli uccelli al computer, i fisici hanno scoperto che basta dar loro semplici regole da seguire—tipo “non schiantarti contro gli altri” e “vai dove stanno andando i tuoi vicini”, niente di incredibile—per creare stormi compatti che si muovono coerentemente.

Le regole, avrete notato, non sono granché specifiche, potrebbero applicarsi a qualsiasi cosa. È fatto apposta: agli scienziati non interessava nulla se stessero studiando stormi di uccelli, branchi di gnu, banchi di pesci o mucchietti di batteri. Con le stesse regole si trova lo stesso risultato.

Questa è la cosa affascinante di quando i fisici si intrufolano in altri campi: in mezzo al caos di parti che fanno cose diverse, loro scovano quei pochi piccoli ingranaggi che fanno muovere tutto. E capiscono cosa ogni problema ha in comune con altri, apparentemente completamente diversi. I fisici sono fighi.

 

Cover photo: Le tout, CC-BY-ND Eiimeon, via Flickr. Some rights reserved.

Si possono prevedere i guasti di internet?

Per sapere quando usare i cubetti di ghiaccio che abbiamo in freezer non ci interessa come e perché l’acqua congela a zero gradi. Basta sapere se sono più caldi o più freddi di zero perché sappiamo che, al di sotto di quel punto critica, l’acqua è instabile e basta una minima spintarella perché congeli.

Anche l’infrastruttura di internet è una complicata rete di parti che interagiscono tra loro, un po’ come molecole d’acqua. E, come per l’acqua, anche per internet ci piacerebbe capire semplicemente in che stato è. Secondo uno studio pubblicato su Nature, per tutte le reti (internet, reti elettriche o addirittura interi ecosistemi) si può trovare una grandezza, una specie di “temperatura”, che ci dice quando diventano instabili.

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Credit: Nature publishing group

La figura qui sopra mostra l’idea di base: una “funzione di resilienza” raccoglie l’informazione sui rapporti tra le componenti del sistema: chi trasmette o riceve nella rete internet, impollinatori e fiori in un ecosistema, generatori e utenti di una rete elettrica. La funzione dipende da un unico parametro (quel βeff), la “temperatura” del sistema. Conoscendo questa funzione si capisce, indipendentemente dai dettagli, il punto critico della rete, come facciamo con la temperatura dell’acqua.

Il valore della “temperatura” dipende dalla topologia della rete—ovvero chi è collegato (e quanto strettamente) con chi— e cambia aggiungendo o togliendo elementi. Ieri, ad esempio, alcuni nodi TIM si sono guastati, cambiando la topologia della rete e la sua “temperatura” oltre il punto critico, causando il collasso.

Con questo metodo si potrebbero prevedere le condizioni in cui la rete crolla, e come renderla strutturalmente più stabile. Secondo i ricercatori, le reti più stabili non dipendono da singoli nodi vitali (non proprio una novità), hanno alcuni nodi molto connessi e altri meno, e hanno interazioni reciproche piuttosto che gerarchiche.

Non è che ora possiamo andare in giro a prevedere qualsiasi cosa, o che abbiamo risolto i blackout di internet. Anzitutto, anche se il sistema funzionasse, alcune modifiche strutturali sono impossibili o irragionevoli. Poi non è detto che funzioni sempre: questo è un lavoro teorico, che va ancora testato. Sembra andar bene nelle reti studiate nell’articolo, ma potrebbe non funzionare con altre.

 

Foto copertina: internet down 🙁, CC-BY-NC Kirk Lau, via Flickr. Some rights reserved.