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Un paesaggio marziano, spiegato dalla Nasa

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La fotografia panoramica più grande e ad alta risoluzione presa dal rover Curiosity della Nasa sulla superficie di Marte. È questo che mostra il video che vi mostriamo (credit Nasa/Jpl-Caltech/Msss), con le parole di spiegazione (in inglese) di Ashwin Vasavada, Project scientist del Progetto Curiosity.

Siamo nella regione denominata “Glen Torridon”, alle pendici del Monte Sharp (ufficialmente Aeolis Mons), dove appunto è atterrato il rover il 6 agosto 2012. L’immagine descritta nel video, invece, è stata presa tra il 24 novembre e l’1 dicembre 2019, durante la festività americana del Ringraziamento (Thanksgiving). Approfittando, appunto, di una pausa degli scienziati, Curiosity ha scattato una serie di oltre mille foto dalla postazione in cui si trovava. Le immagini sono state poi assemblate nei mesi successivi, fino a comporre una panoramica di quasi 1,8 miliardi di pixel, che ci consente un’immersione unica nel paesaggio marziano.

Per saperne di più
Sul rover marziano Curiosity: il sito della Nasa.
Un viaggio tra i geyser marziani.

La magia delle luci del Nord

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La buia e interminabile notte polare è a volte rischiarata come per incanto da nastri colorati che compaiono, danzano e svaniscono nel cielo come spiriti o divinità che aleggiano sui paesaggi imbiancati. Quelle luci ineffabili sono generate da invisibili flussi di particelle provenienti dal sole che, guidate dal campo magnetico terrestre, si riversano sull’atmosfera ed eccitano gli atomi che la compongono, rendendoli luminosi. Così, per esempio, l’ossigeno alle quote più alte produce le più rare luci rosse, mentre a quote inferiori lo stesso ossigeno emette luce verde, che poi è la più abbondante e caratteristica, e anche quella che i nostri occhi meglio rilevano. L’azoto, dal canto suo, a seconda delle circostanze può anch’esso emettere luce blu, viola o rossa. La aurore boreali, come anche si chiamano le luci del Nord, sono a tutti gli effetti una danza di particelle, atomi, campi magnetici e colori.

Dentro la foto

Questa straordinaria foto scattata dall’italiano Giulio Cobianchi alle isole Lofoten, in Norvegia, cattura un raffinato gioco di luci naturali e artificiali. L’aurora boreale è l’arco colorato che illumina la parte destra dell’immagine, al quale sembra appoggiarsi l’ultima stella del Gran Carro, Alkaid. A sinistra, a riempire l’altra metà della scena, la grande striscia della Via Lattea (la nostra galassia), ma non solo. Accanto alla capanna illuminata, poco sopra l’orizzonte, c’è un puntino rossastro: è Marte. E più in alto, proprio sopra la capanna, la galassia Andromeda. Non li riconoscete? Potete aiutarvi con il supporto grafico fornito dalla Nasa a questo link, dove sono pubblicate le “foto astronomiche del giorno” come questa. Che poi, in realtà, non è una foto semplice, ma la composizione di 18 scatti per formare un panorama a 360°.

“Mentre scattavo ho fatto davvero fatica a restare concentrato, non riuscivo staccare gli occhi dal cielo”

Giulio Cobianchi, l’autore della foto, è nato nei pressi delle Dolomiti e vive attualmente con la moglie nelle isole Lofoten, un arcipelago con paesaggi da cartolina situato oltre il Circolo Polare Artico. Qui ha effettuato molte foto di aurore, di cui vi presentiamo una selezione nella gallery qui sotto (insieme a una foto delle Tre Cime di Lavaredo, che testimonia le origini altoatesine dell’autore): cliccateci sopra per vederle meglio, ne vale la pena. Cobianchi organizza viaggi e workshop fotografici, insegna fotografia anche online e più di 84mila le persone lo seguono su Instagram (@giulio_cobianchi_photo). «La stagione invernale 2020/2021 sta andando molto bene», ci racconta. «Sopratutto il 2021 è iniziato con tanta attività solare e cieli piuttosto limpidi».

In tenda, tra le montagne

Scattare foto come queste richiede, oltre che abilità tecnica, pazienza e dedizione. «La mia passione per “vivere” la natura mi porta a passare molte notti da solo, in tenda in mezzo alle montagne. Non c’è modo migliore per sentirsi in perfetta simbiosi con essa», ha dichiarato recentemente Cobianchi a Media Inaf. E poi, riguardo alla foto ripresa dalla Nasa: «A essere sincero mentre scattavo ho fatto davvero fatica a restare concentrato, non riuscivo staccare gli occhi dal cielo. Avevo alla mia destra l’aurora e alla mia sinistra la nostra galassia, è stata un’emozione incredibile, una delle migliori notti sotto alle stelle che abbia mai vissuto».

 

Per saperne di più

Il sito dell’Astronomy Picture of the Day della Nasa
L’intervista di Cobianchi su Media Inaf.
Il sito di Cobianchi.

 

Viaggio in una stella di neutroni

Già dagli anni ’30 del Novecento, dopo la scoperta dell’esistenza dei neutroni, si riteneva possibile in via teorica l’esistenza di un oggetto stellare composto solo da queste particelle elettricamente neutre. L’idea fu proposta da Walter Baade e Fritz Zwicky, in una nota a pie’ di pagina di un articolo del 1934 che si è rivelato uno dei più lungimiranti in astrofisica e che prevedeva anche l’esistenza delle supernove.

Una sfera perfetta. Una stella di neutroni è infatti quel che resta di un’esplosione di supernova, un fenomeno catastrofico che segna la morte di una stella massiccia, con massa pari a decine di volte il sole. In estrema sintesi, una stella di neutroni è un oggetto con un diametro di circa venti chilometri, con una massa superiore a quella dell’intero Sistema solare, che può ruotare al ritmo di 700 rivoluzioni al secondo ed è così sferico che la sua imperfezione più “vistosa” è al di sotto del millimetro.

Una stella di neutroni a confronto con la città di Monaco di Baviera, in Germania (ESO/ESRI World Imagery, L. Calçada). La massa di questi corpi celesti è superiore a quella del Sole, ma è compressa in volumi molto più piccoli.

Quello che dovete provare a visualizzare è un corpo celeste che abbia le dimensioni di una città come Francoforte o Milano, ma la cui massa è semplicemente enorme e la cui densità è assolutamente inimmaginabile per il nostro senso delle scale fisiche. Stiamo parlando di densità che sono un milione di miliardi di volte quella dell’acqua; un solo centimetro cubo di materiale proveniente da una stella di neutroni – vale a dire quanto una zolletta di zucchero – contiene una massa pari all’intera catena alpina, dalle Alpi Liguri a quelle Friulane.

Un cucchiaio di materia di una stella di neutroni ha la stessa massa di tutte le Alpi

Se già, dunque, facciamo fatica a immaginarle, come sono fatte al loro interno le stelle di neutroni? In realtà non lo sappiamo, ma ci sono alcuni aspetti della loro composizione sui quali tutti concordano. Per esempio, è abbastanza chiaro che una stella di neutroni non è fatta di soli neutroni, e contiene al suo interno anche altre particelle, sebbene in quantità ridotte. Ci sono di certo altri costituenti degli atomi come i protoni e gli elettroni, e proprio questi ultimi, con altre particelle cariche leggere, sono in grado di produrre le enormi correnti elettriche necessarie a generare gli imponenti campi magnetici che osserviamo. Inoltre, è abbastanza chiaro che la struttura di una stella di neutroni debba essere caratterizzata da alcune zone, i cui spessori ci sono noti con una certa precisione.

Luciano Rezzolla
Luciano Rezzolla è direttore dell’Istituto di fisica teorica alla Goethe Universität di Francoforte e membro del comitato scientifico dell’Event Horizon Telescope (EHT), che ha realizzato la prima foto di un buco nero.

Sottile atmosfera. Immaginiamo dunque di “entrare” in uno di questi corpi celesti, partendo dalla superficie e muovendoci verso il centro.­ Fare questo viaggio è in realtà impossibile perché le forze mareali a cui saremmo sottoposti ci distruggerebbero ben prima di avvicinarci alla superficie della stella. Possiamo tuttavia fare un viaggio con la mente, e in questo caso il primo strato che incontreremmo è una sorta di atmosfera: una buccia sottilissima, di spessore non superiore al centimetro, composta da atomi estremamente pesanti e con una densità miliardi di volte superiore a quella della nostra atmosfera. Per quanto estreme, le proprietà di questa atmosfera sono abbastanza chiare, e la sua fisica è relativamente ben testata, tanto che la riteniamo un elemento “noto”. Per quanto paradossale, l’unica parte di un oggetto con un raggio di una dozzina di chilometri che pensiamo di conoscere in dettaglio, a livello di proprietà, ha uno spessore di non più di un centimetro.

Come la Terra, anche una stella di neutroni ha una struttura a cipolla, con un’atmosfera, una crosta e un nucleo

Una “crosta” morbida. Muovendoci verso il centro, al di sotto dell’atmosfera troveremo quella che viene chiamata la crosta, vale a dire uno strato con uno spessore di circa uno o due chilometri, che contiene una serie di ioni pesanti – ossia con grande massa atomica – ma anche elettroni dall’energia estremamente elevata. È bene sottolineare che il termine “crosta” può esser fuorviante, in quanto si tratta in realtà di un materiale elastico e deformabile, simile piuttosto a una sostanza plastica estremamente densa. Parte della materia della crosta presenterà una struttura periodica e regolare in cui gli ioni sono a distanze precise e gli elettroni sono liberi di muoversi negli spazi lasciati vuoti. Questo tipo di struttura a reticolo è quello che incontriamo usualmente nei metalli e nei cristalli, ed è responsabile delle loro proprietà meccaniche.

Nebulosa del Granchio
La Nebulosa del Granchio, nella costellazione del Toro, a circa 6 mila anni luce da noi. È quel che resta di un’esplosione di supernova, e ospita al suo centro una stella di neutroni che ruota 30 volte al secondo attorno al suo asse (ESO).

Verso i misteri del nucleo. Al di sotto della crosta – in uno strato che potrebbe estendersi per sei o sette chilometri – incontreremo quello che viene e definito il nucleo esterno; lì la densità raggiunge le migliaia o decine di migliaia di miliardi (insomma, 1013 o 1014) di grammi per centimetro cubo. Una densità enorme, ma non quella massima, che si incontrerà spostandosi verso la zona centrale, il nucleo interno, che ha anch’esso uno spessore di sei o sette chilometri. Le proprietà della materia nel nucleo interno rimangono sconosciute e rappresentano una sfida teorica eccezionale, con la quale i fisici nucleari si confrontano ormai da quasi quarant’anni. Forse l’interrogativo più importante riguarda la presenza di particelle esotiche come gli iperoni, o addirittura quark liberi (sono le particelle elementari che compongono neutroni e protoni).

Forse nel loro nucleo esiste in forma stabile la materia che era presente nelle prime fasi di vita dell’universo

In un mare di quark. In altre parole, è possibile che al centro di una stella di neutroni – in conseguenza della densità elevatissima raggiunta nel suo nocciolo più interno, il cui raggio non supera il paio di chilometri – i quark siano così addossati gli uni agli altri da diventare “liberi”, ossia da non essere più confinati all’interno di un neutrone o protone, e formino una cosiddetta zuppa di quark. Quest’ipotesi è particolarmente affascinante, perché sappiamo che una zuppa di questo genere doveva esser presente nei primissimi istanti di vita dell’universo, fino a un centesimo di secondo, e si produce per tempi brevissimi quando facciamo collidere ioni pesanti negli acceleratori di particelle. L’idea che questa zuppa sia presente invece in maniera stabile all’interno delle stelle di neutroni e possa essere in qualche modo rivelata – magari tramite l’emissione di onde gravitazionali – apre dunque spazi di ricerca che coinvolgono scienziati di tutto il mondo, me compreso.

Luciano Rezzolla

Luciano Rezzolla è direttore dell’Istituto di fisica teorica alla Goethe Universität di Francoforte e membro del comitato scientifico dell’Event Horizon Telescope (EHT), che ha realizzato la prima foto di un buco nero (Qui un suo Ted sulla scoperta).

Recentemente, ha pubblicato il libro L’irresistibile attrazione della gravità (Rizzoli), di cui questo brano è un estratto, adattato alla linea editoriale del sito.

Donald Trump e la guerra dei social network

Il 10 maggio 2022, Elon Musk ha messo in chiaro ciò che ormai era nell’aria da tempo, e cioè che quando avrà completato l’acquisizione di Twitter rovescerà la scelta, fatta dalla piattaforma l’8 gennaio 2021, di sospendere definitivamente l’account di Donald Trump. Dopo l’assalto al Campidoglio di Washington, risultato in cinque morti e di cui l’allora presidente Usa era stato riconosciuto come fomentatore, il suo cosiddetto deplatforming – come si chiama tecnicamente l’operazione – era stata una reazione immediata: una scelta difficile, caldeggiata da parte del personale di Twitter e presto seguita dalla mossa analoga di Facebook, ma immediatamente oggetto di molte critiche. La cancelliera tedesca Angela Merkel, per esempio, aveva fatto presente che dovrebbero essere le leggi, non le imprese hi-tech, a stabilire i confini della libertà di parola; altre voci avevano sostenuto che questa iniziativa rischiava di essere vista dai sostenitori di Trump come conferma di teorie del complotto secondo cui i mezzi di informazione “di sistema” applicherebbero in modo ingiustificato la censura per sopprimere posizioni scomode.

Migrazione

Al di là di queste posizioni di metodo su una personalità politica controversa, altri avevano criticato l’efficacia pratica dell’iniziativa sostenendo che i sostenitori di Trump avrebbero semplicemente seguito il loro leader altrove, subendone l’influenza quanto e più di prima e isolandosi invece da fonti di informazione migliori. In effetti, è ciò che almeno in parte è successo, con una crescita notevole di utenti per il social network Alt-tech (cioè utilizzato dalla destra “alternativa” americana) Parler, e con il travagliato lancio, mesi dopo, del social network Truth, proprietà dello stesso Trump.

Eco sociali

Censura e libertà di parola sono concetti tanto fondamentali quanto delicati da definire in pratica. Ma per quel che riguarda la seconda categoria di critiche, quelle per cui semplicemente isolare i complottisti rischierebbe di aiutare le teorie del complotto riunendone i proponenti, può venire in aiuto la teoria delle reti. La critica a Twitter (e Facebook), per cui avere rimosso Trump dai due social network non avrebbe fatto altro che spingere altrove i suoi seguaci, richiama le cosiddetta “camera dell’eco” (dall’inglese echo chamber), concetto chiave per chi si occupa di studiare l’informazione, e in particolare la disinformazione, nelle reti sociali.

(Image by Gordon Johnson from Pixabay).

Tutti d’accordo, la Terra è piatta!

L’idea delle camere dell’eco è che le persone tendono naturalmente a circondarsi di fonti di informazione (che siano amici o personalità importanti) che condividono le loro stesse idee e che danno loro un’impressione falsata di conferma: “se (quasi) tutti la pensano come me, non può essere falso”. Il fenomeno non è interamente nuovo, ma nelle reti sociali tradizionali era parzialmente attenuato perché era più facile avere intorno – per esempio tra chi vive nel proprio quartiere – persone che la pensassero diversamente. A mano a mano che le nostre relazioni si spostano online, invece, è più facile scegliersele (per esempio decidendo quali profili leggere/seguire o viceversa bloccare), e quindi in particolare rinforzare il proprio punto di vista semplicemente interagendo solo con chi lo condivide. Questo vale in particolare per i seguaci di teorie di nicchia, come di norma sono quelle del complotto: chi sostiene che la Terra sia piatta vive tipicamente in mezzo a persone che sanno che è falso; ma se la sua vita sociale e i suoi scambi di opinioni si spostano principalmente online, non avrà alcuna difficoltà a circondarsi, virtualmente, di persone sparse per il mondo che la vedono come lui. E il discorso non riguarda solo le persone, ma a maggior ragione le fonti di informazione come siti web e giornali: anche gli algoritmi di ricerca si adattano alle nostre preferenze cercando di fornirci le pagine che amiamo trovare, nel caso dei giornali quelli che rinforzino il nostro punto di vista: possiamo quindi illuderci di leggere informazione neutrale, o che comunque rappresenti diversi punti di vista, mentre in realtà ci viene sottoposta solo quelli che rinforza i nostri pregiudizi.

E allora che fare?

Alla luce del problema delle camere dell’eco, la preoccupazione per l’isolamento dei seguaci di Trump in una “bolla” di persone che la pensano allo stesso modo e non incontrano mai punti di vista critici rispetto al loro è perfettamente comprensibile. D’altra parte, si potrebbe obiettare che una volta espulso Trump, e con lui i suoi seguaci, dai social network più popolari si sarebbe perlomeno ridotto l’esposizione del resto della popolazione alle fake news.

Come una malattia

In realtà le camere dell’eco non hanno bisogno di centinaia di migliaia di persone per avere un effetto: basta interagire in un gruppo con una decina di altre persone che la pensano come noi per generare l’illusione. È un po’ come con una malattia contagiosa: se si isolano perfettamente gli infetti, si salva effettivamente il resto della popolazione; ma basta che resti un piccolo numero di individui infetti non isolati e l’epidemia ripartirà. E per giunta, a differenza di molte malattie infettive, le fake news possono avere una lunghissima vita e non creano alcuna forma di immunità. Anzi, più le persone vivono isolate in un ambiente in cui le fake news proliferano, più perdono la capacità di distinguerle come tali. Peraltro per chi diffonde disinformazione in modo sistematico non è affatto difficile mantenere una presenza sia su Parler che su Twitter. Dunque è più facile che siano gli utenti che usano principalmente una fonte di informazione a concentrarsi sui contenuti di una delle due sacrificando l’altra.

Censura sì, ma temporanea

È interessante notare che Musk, noto per essere un avvocato per la libertà di parola “assoluta”, non abbia però negato che Trump potesse essere in qualche modo censurato: ha suggerito però che si sarebbe potuta applicare una sospensione temporanea, o il blocco solo degli specifici post che avessero violato le linee guida. Una misura di quel tipo, reiterata in caso di ripetute violazioni, avrebbe limitato almeno nell’immediato la capacità di Trump di sobillare le folle, senza per questo dare l’impressione di una censura assoluta e dare i suoi sostenitori l’impulso a trasferirsi altrove. È un’idea sensata, ma la verità è che misure di questo tipo hanno bisogno di essere supportate da studi seri basati su dati, di cui fortunatamente una piattaforma come Twitter abbonda. La libertà di parola non è un’entità astratta da difendere in modo assolutistico e aprioristico: al contrario, metterla in pratica nelle nostre società richiede scelte delicate, da valutare in modo pragmatico.

Link e approfondimenti

• Il libro La responsabilità di rete (il Mulino) di Pietro Battiston, e il suo sito.
• La scienza delle reti su Josway.

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Carlo Rovelli spiega: il paradosso dell’informazione dei buchi neri

Un buco nero che abbia mangiato una tonnellata di spaghetti è uguale a un identico buco nero che abbia invece divorato una tonnellata di budino al cioccolato? La questione non è banale, è una delle più profonde della fisica contemporanea, e prende il nome di “paradosso dell’informazione”.  

Prologo

Prima di approfondire, torniamo alla domanda. Rispondere, a prima vista, è semplice. “Noi siamo quello che mangiamo”, diceva il filosofo Ludwig Feuerbach. Perché lo stesso non dovrebbe valere per i buchi neri? Ebbene, che si sia o no d’accordo con Feuerbach, tra noi e i buchi neri c’è una differenza abissale, e per fortuna. Ciascun essere umano è infatti unico, con la sua altezza, il suo peso, il colore degli occhi, quello dei capelli, per non parlare delle impronte digitali… E anche quando mangiamo qualcosa, se si va a indagare con attenzione, le tracce di ciò che ingeriamo si possono certamente ritrovare in noi e nell’ambiente circostante. Per i buchi neri non è così.

La Via Lattea con la recente foto di Sagittarius A*, il buco nero al suo centro, con i radiotelescopi dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, foto crediti: ESO/José Francisco Salgado – josefrancisco.org, EHT Collaboration).

Calvi

“I buchi neri non hanno capelli”, diceva John Archibald Wheeler, un fisico noto per la sua abilità nel coniare termini e frasi memorabili; fu lui a ideare il termine “buco nero”. Quel che Wheeler intendeva con la sua espressione è che, nella Relatività Generale, i buchi neri sono descritti da tre soli parametri. La carica, lo spin e la massa. Lasciamo perdere la carica (tutti i buchi neri noti hanno carica nulla) e la rotazione (per semplicità assumiamo che sia nulla anch’essa, non cambia molto). La frase di Wheeler vuol dire che due buchi neri con la stessa massa sono perfettamente uguali, a prescindere dal modo in cui si sono formati o dalla materia che vi è caduta dentro. Un buco nero che abbia mangiato una tonnellata di spaghetti è indistinguibile da uno uguale che abbia mangiato una tonnellata di budino. I buchi neri non hanno capelli, perché i capelli implicherebbero una complessità somatica che i buchi neri semplicemente non hanno per come sono descritti dalla Relatività Generale di Einstein.

Il segreto della ricetta 

Se un buco nero mangia un piatto di spaghetti, la sua massa aumenta un po’, ma il suo aspetto non cambia. Gli spaghetti, per contro, spariscono nell’orizzonte degli eventi. Il problema, allora, è: dove va a finire l’informazione contenuta negli spaghetti o nel budino, quando entrano in un buco nero? Possibile che si perda ogni traccia degli ingredienti, della ricetta, degli stessi atomi di cui erano fatti?

CarloRovelli
Carlo Rovelli è uno dei fondatori della teoria Loop Quantum Gravity (C. Rovelli).

Forse sì

La relatività di Einstein dice di sì, che è possibile: è proprio quello che succede. D’altro canto, non è noto nessun altro processo fisico in cui l’informazione vada perduta del tutto come in questo caso. 

Forse no 

Il celebre fisico Stephen Hawking si appassionò alla questione e arrivò a convincersi, fino a scommettere con i colleghi, che un buco nero doveva per forza distruggere l’informazione di ciò che inghiottiva. Qualche anno dopo ammise di aver avuto torto e di aver perso la sconfitta. In realtà, il problema è ancora aperto e molto dibattuto, ma è anche molto complicato. 

L’intervista

Per questo abbiamo chiesto a Carlo Rovelli, docente all’Università di Aix-Marsiglia e noto autore di libri, di spiegarcerlo e di dirci quel che ne pensa.

Come nasce il paradosso dell’informazione?

I buchi neri sono oggetti che ci sono diventati familiari. Ce ne sono nel cielo a milioni, a miliardi. Li vediamo. Sono buchi nei quali vediamo cadere un’enorme quantità di materia. Allora la domanda è: dove va a finire tutto quello che casca dentro?

Negli Anni ’70 del secolo scorso, Stephen Hawking ha ottenuto un risultato che lo ha reso famoso: ha fatto vedere che i buchi neri sono caldi, nel senso che emettono radiazione (la “radiazione di Hawking”). Possiamo dire che irraggiano come una stufa, e nel farlo perdono energia e diventano sempre più piccoli. Questo è un fenomeno quantistico, che sembra in contraddizione con la teoria classica: la Relatività Generale, infatti, dice che niente può uscire da un buco nero, e che dunque un buco nero non può in alcun modo rimpicciolirsi. Però noi sappiamo che la Relatività Generale non è completa, c’è la meccanica quantistica. Allora Hawking ha fatto il calcolo quantistico e ha predetto questo fenomeno. La radiazione di Hawking non è mai stata osservata; ma il fenomeno è considerato molto credibile da tutti quelli che lavorano nel campo, perché è stato calcolato in molte maniere diverse e si arriva sempre allo stesso risultato.

Allora, se Hawking aveva ragione, un buco nero irradia, irradia, irradia… e diventa via via più piccolo. A un certo punto diventa piccolissimo, microscopico. Che cosa succede a questo punto? In molti pensavano che sparisse, come qualcosa che finisce di bruciare e a un certo punto non c’è più niente: tutta la sua energia è uscita sotto forma di radiazione. Ma così si aprono le porte al paradosso dell’informazione: e tutto quello che era entrato dov’è andato a finire? 

Si potrebbe dire “Be’, è uscito sotto forma di radiazione, la radiazione di Hawking”. E invece no, sarebbe troppo facile. Questa risposta non va bene, perché la radiazione di Hawking è una radiazione definita “termica”, cioè casuale. Non contiene informazione, perché non dipende da come sono entrate le cose. 

Sembrerebbe, allora, che l’informazione di ciò che entra in un buco nero venga effettivamente distrutta. Ma questo, per i fisici, è difficile da accettare. Perché?

Perché non c’è nessun fenomeno noto in natura che distrugga l’informazione. L’informazione c’è sempre, da qualche parte. Se si conosce lo stato attuale di un sistema, se ne può calcolare il futuro. E dal futuro si può calcolare il passato. In fisica, questa proprietà è chiamata unitarietà. Ma i buchi neri sembrano violare la conservazione dell’informazione: questo è il paradosso dell’informazione dei buchi neri.

E come se ne esce?

Ci sono una serie di risposte possibili, ma le più studiate oggi sono due, che corrispondono alle due principali teorie di gravità quantistica, la Teoria delle Stringhe e la Loop Quantum Gravity. 

Cominciamo dalla più semplice

L’ipotesi più semplice, e a mio giudizio anche la più plausibile, è che nello scenario appena descritto c’è qualcosa di falso. E che cos’è falso? L’idea che alla fine dell’evaporazione il buco nero scompaia. 

Che cosa potrebbe succedere, allora?

Se si guarda dall’esterno, quel che succede è che – dopo l’evaporazione – rimane a lungo un residuo (remnant) del buco nero. Cioè un oggettino piccolo, però stabile, che non evapora più e che pian piano – ci mette molto tempo – riemette sotto forma di radiazione o altro tutta l’informazione che aveva in precedenza ingerito. 

Questa radiazione è diversa dalla radiazione di Hawking?

Sì, è diversa perché è fredda, lenta, con poca energia. Perché ormai nel buco nero è rimasta pochissima energia. Però c’è tanta informazione, che pian piano esce. E questo è quello che si vede dall’esterno del buco nero.

Perché? Che cosa succede all’interno, invece?

Guardando all’interno si capisce meglio quel che succede. Perché l’interno di un buco nero non è piccolo, è grande. E questo è forse il punto più interessante di questa storia. Immaginiamo di fare un disegno della geometria di un buco nero, all’interno. Prendiamo per esempio il Sole, e immaginiamo di comprimerlo in un buco nero. L’orizzonte avrebbe un diametro dell’ordine di un chilometro. Visto da fuori è piccolo, ma dentro è enorme. È un po’ come un bottiglione: il suo collo può essere molto stretto, ma dentro è voluminoso. Con il passare del tempo, il buco nero inghiotte materia e diventa più grande. Lo si può immaginare come un tubo, che è grande come l’orizzonte degli eventi, ma che dentro diventa via via più lungo a mano a mano che il tempo passa. Quando il buco nero evapora, l’orizzonte si stringe fino a diventare sempre più piccolo. Ma l’enorme spazio al suo interno c’è ancora. 

Quando infine l’orizzonte diventa molto piccolo, smette di evaporare. Non scompare, ma si stabilizza nel suo stato minimo, con tutto il suo volume all’interno. E, piano piano, questo volume comincia a uscire. 

Dunque, una volta raggiunte le dimensioni minime il buco nero si trasforma in un buco bianco?

Sì, questo grande volume che piano piano esce è come un buco nero che si forma, solo che è visto al contrario nel tempo. Si tratta di un buco bianco, ed è una soluzione (ben conosciuta) delle equazioni della Relatività Generale classica di Einstein. Così, piano piano, tutto quello che c’era dentro esce. Il punto chiave di questo ragionamento è la stabilizzazione del residuo, perché è un fenomeno quantistico, così come la transizione da buco nero a buco bianco. Questo è un vero fenomeno di gravità quantistica, con tutte le incertezze e le difficoltà relative, perché siamo nell’ambito di una teoria che non conosciamo.

Quindi, questa è la prima possibile soluzione del paradosso dell’informazione. Qual è l’altra?

Un’altra possibilità, oggi molto studiata, nasce nell’ambito della Teoria delle Stringhe e si basa su una versione più colta e più sofisticata del paradosso dell’informazione. Il punto di partenza è il calcolo dell’entropia, che in un buco nero si può calcolare e risulta proporzionale all’area. I buchi neri grandi hanno quindi molta entropia, quelli piccoli ne hanno poca. Ora, l’entropia in genere è legata al numero di stati possibili di un sistema. Come scoprì Ludwig Boltzmann, in particolare, l’entropia conta in quanti stati può essere un sistema. Allora, quando un buco nero evapora e diventa più piccolo, anche la sua entropia diventa più piccola. Quindi ha meno stati possibili, e quindi non può codificare l’informazione. Quando il buco nero diventa piccolo, insomma, l’informazione deve essere già uscita. 

Che cosa non funziona, allora?

L’entropia, in realtà, determina il comportamento termodinamico. Ma per calcolarla non conta il numero di stati di un sistema, conta il numero di stati accessibili di un sistema. Quindi, nel caso dei buchi neri, qual è l’errore di questo ragionamento, secondo me? È che l’entropia non è data dal numero di stati possibili del buco nero, ma da quello di stati accessibili. Quindi, per l’entropia, gli stati che stanno dentro il buco nero non contano. Se entro, li vedo. Altrimenti vedo e conto solo gli stati sull’orizzonte. 

Quindi la discordia tra i due mondi è: l’entropia conta il numero totale degli stati del buco nero, o conta solo quelli accessibili dall’esterno, cioè quelli sull’orizzonte degli eventi?  

Quindi il dubbio è il seguente: quando il buco nero diventa piccolo, l’informazione è ancora dentro o no?

Esatto, questo è il punto. E se fosse ancora dentro avremmo la soluzione: c’è un residuo, e prima o poi l’informazione esce. Altrimenti deve uscire prima. E allora la sfida consiste nel capire come questo potrebbe succedere. 

L’informazione sarebbe nascosta in mezzo alla radiazione di Hawking, in qualche modo?

Esatto. L’idea, che risale al fisico nordamericano Don Page, è che la radiazione di Hawking in realtà non sia davvero termica, ma contenga informazione. 

Queste due ipotesi che ha passato in rassegna come sono legate alle teorie da cui traggono origine?

Sono legate ai due mondi, e lo sono intrinsecamente. Perché in Teoria delle Stringhe si studiano i sistemi dal di fuori. Gli sviluppi più recenti sono sotto l’influenza del principio olografico, per cui anche di un buco nero conta la superficie, e non bisogna chiedersi che cosa accada all’interno. Invece nella Loop Quantum Gravity il conto dell’entropia di un buco nero si fa in modo esplicito, ed è chiaro che riguarda solo la superficie; ma che all’interno c’è altra informazione. 

Torniamo alla Loop Quantum Gravity. Può spiegare più esplicitamente che cosa succede?

Succede questo: il buco nero si forma, evapora, diventa piccolissimo e in quel momento c’è una transizione di gravità quantistica, per cui l’orizzonte del buco nero – che è piccolino – diventa orizzonte di buco bianco. Immaginiamo che io cada in un buco nero, quando – dopo aver varcato l’orizzonte degli eventi – mi avvicino al centro, avviene una transizione quantistica, una specie di effetto tunnel, che mi proietta fuori da un buco bianco.

Quanto è piccolo il buco nero quando avviene questa transizione?

La domanda è centrata. È esattamente quello che da due anni stiamo cercando di calcolare. All’inizio pensavamo che potesse succedere anche quando un buco nero è macroscopico. Adesso sembra di no. Cioè – prendila cum grano salis – sono calcoli che stiamo facendo anche usando numericamente il computer. Ma ci stiamo convincendo che la transizione avviene solo quando il buco nero è molto molto piccolo. Molto piccolo vuoi dire della scala di Planck, che dal punto di vista della massa vuol dire un microgrammo, 0,1 microgrammi. Cioè, pesa quanto un capello.  

Dunque, avviene la transizione… e l’orizzonte di un buco bianco che cosa fa? Aumenta con il passare del tempo?

No, è stabile. Attenzione, perché da fuori un buco bianco e un buco nero sono la stessa cosa. L’esterno è uguale, è l’orizzonte che è diverso. Cioè un buco bianco è come un buco nero, una piccola massa che attira con la sua gravità. La differenza è che dentro un buco nero puoi cascare, invece dentro un buco bianco no. E da un buco bianco puoi uscire, mentre da un buco bianco no. 

Allora un buco bianco come si esaurisce?

Pian piano le cose escono e, quando è uscito tutto quello che c’è dentro, il buco bianco sparisce. Il fenomeno è uguale a quando una massa collassa e genera un buco nero. Se guardi indietro nel tempo, vedi il buco nero che a un certo punto sparisce perché esce tutto e non c’è più niente. Non c’è niente di misterioso in come sparisce un buco bianco: è una soluzione delle equazioni di Einstein.  

Quindi un buco bianco ha un orizzonte stabile ed emette fin quando sparisce.

Esatto.  

Tornando al paradosso dell’informazione, come lo si può mettere alla prova da un punto di vista sperimentale? Cioè, come si può capire se in un buco nero la natura conserva o distrugge l’informazione?

Buona domanda. Nessuno è ancora riuscito a trovare un modo per effettuare un test diretto. L’idea che l’informazione fosse veramente persa era un’ipotesi che lo stesso Stephen Hawking aveva suggerito fin dall’inizio, negli anni ’70. Poi ha cambiato idea. Ci sono state tante persone che hanno pensato a come poter vedere effetti osservabili; ma che io sappia non c’è nessuna ragionevole ipotesi di come farlo. Invece ci sono tanti sforzi di prendere questi due scenari – la Teoria delle Stringhe e la Loop Quantum Gravity – e di vedere se nell’astrofisica e nella cosmologia ci possa essere qualcosa che li supporti. 

A lei che cosa piacerebbe vedere? In questo periodo ci sono sempre più dati che arrivano dagli osservatori di onde gravitazionali.  

Su questo punto, ancora non ho visto niente di convincente. Un’ipotesi che a me sembra plausibile è, piuttosto, questa: che in realtà abbiamo già visto gli effetti della Loop Quantum Gravity, il problema è come riconoscerli. 

Ricordi i buchi neri? Li osserviamo e li riconosciamo dagli Anni ’60 del secolo scorso. Ma la radiazione radio di Sagittario – il centro della nostra galassia – si vede con una qualunque antenna messa in un giardino: è stata la prima cosa osservata nel radio, da Karl Jansky, nel 1933. Era un segnale da Sagittario, ma all’epoca nessuno lo sapeva. Ci sono voluti più di cinquant’anni per riconoscere che si trattava di un gigantesco buco nero. Quindi la difficoltà non è vedere l’effetto di quel buco nero, è riconoscerlo. 

Lo dico perché una possibilità che trovo affascinante, ma che al momento è solo un’ipotesi, è che nell’universo primordiale, pochi istanti dopo il Big Bang, siano nati tanti piccoli buchi neri (questa è un’idea condivisa da molti) che poi forse sono già diventati buchi bianchi. E quindi, in tal caso, l’universo dovrebbe essere pieno di buchini bianchi, piccolini. 

E come si manifesterebbero?

Sarebbero come una polvere, granellini di un microgrammo sparsi più o meno nell’universo, che interagiscono solo con la forza di gravità. In realtà nell’universo c’è qualcosa che si comporta in questo modo, ed è la materia oscura (che si osserva, ma di cui non si sa spiegare l’origine). Quindi un’ipotesi è che la materia oscura, almeno in parte, sia costituita proprio da questi buchi bianchi, che emettono piano, piano, piano… Ovviamente è un’ipotesi bellissima, perché spiegherebbe la materia oscura senza aggiungere nient’altro a quello che sappiamo già della fisica. Però c’è un problema: come la verifichiamo? Non lo so. C’è tanta gente che ci sta provando, ma non è facile identificare un oggetto di un microgrammo che interagisce solo gravitazionalmente, ed è quindi invisibile. Quindi forse i buchi bianchi sono già sotto il nostro naso, ma ancora non li riconosciamo. 

Viaggio all’interno di un buco nero (Parte 1 – Premessa)

Qual è il viaggio più estremo che si possa immaginare? L’Antartide. Banale. La luna? Già fatto. Marte? Ci arriveremo presto e andremo ben oltre. No, il viaggio più estremo che si possa concepire è al di là dei confini del Sistema solare, a molti anni luce da noi. Un viaggio senza ritorno ai confini dello spazio e del tempo: il viaggio in un buco nero.

Che cos’è un buco nero

Ormai lo sanno tutti: un buco nero è una zona dell’universo in cui la gravità è talmente intensa che niente, nemmeno la luce, può uscire. Più esattamente si dovrebbe dire che niente, nemmeno la luce, può uscire al di fuori di una superficie sferica detta “orizzonte degli eventi”. L’orizzonte segna il confine. Ciò che cade al suo interno è scollegato per sempre dalle nostre vite e da ogni nostra esperienza sensibile. Non ha più alcun rapporto di causa ed effetto con noi e con l’intero universo nel quale ci troviamo. Questo non vuol dire che sia impossibile andare a sbirciare che cosa accade lì. Si può fare benissimo, ma a un patto. Non pretendere di tornare indietro. Ogni azione ha le sue conseguenze. E le conseguenze del viaggio in un buco nero vanno valutate con attenzione. Varcare la soglia dell’orizzonte è un atto pensabile, possibile, realizzabile e concreto. Ma che non ammette ripensamenti.

Velocità di fuga

The Milky Way glitters brightly over ALMA
La Via Lattea sopra le antenne del radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), in Cile. Questo osservatorio fa parte della collaborazione Event Horizon Telescope, che ha effettuato la prima foto di un buco nero (ESO/B. Tafreshi, twanight.org).

Un buco nero si può definire anche in termini della sua velocità di fuga. Per chiarire questo concetto, immaginiamo di lanciare un sasso verso l’alto. Lo vedremmo salire fino a una certa altezza, e poi cadere sotto l’effetto della gravità. Quanto maggiore è la velocità con cui lo lanciamo, tanto più in alto lo vedremmo arrivare. La velocità di fuga è definita come la velocità oltre la quale non lo vedremmo più tornare indietro, perché il sasso sarebbe riuscito a sganciarsi dal campo gravitazionale terrestre. Per la Terra, in particolare, la velocità di fuga è pari a 11,2 chilometri al secondo, cioè circa 40 mila chilometri orari. Più o meno 33 volte la velocità del suono. Oltre quella soglia, un proiettile, un sasso, un razzo, o qualsivoglia altro oggetto materiale scagliato verso il cielo si perderà per sempre nel vuoto cosmico, e non tornerà più indietro.

Dunque, un buco nero si può definire anche così: è un corpo celeste per il quale la velocità di fuga supera la velocità della luce. E poiché nessun oggetto può essere più veloce della luce, ne segue che nulla può uscire da un buco nero. Rieccoci alla linea di partenza, da un altro punto di vista.

Stellari e galattici

Un’altra cosa da notare è che ci sono almeno due tipi di buchi neri. Ci sono i buchi neri stellari, e ci sono quelli galattici. I primi sono il risultato finale dell’evoluzione delle stelle più grandi. Nella nostra galassia si conoscono alcune decine di buchi neri di questo tipo. Sono bestie di tutto rispetto, con massa tipicamente di dieci o venti volte quella del sole, concentrata nel raggio di alcune decine di chilometri. Fino a non molto tempo fa si conoscevano solo loro. Ora, però, in angoli molto più remoti dell’universo, ne sono stati scoperti di dimensioni maggiori. Hanno venti, trenta, cinquanta e perfino sessanta masse solari, se non di più. Questi oggetti sono oggi di attualità, perché sono stati osservati più volte dai rivelatori di onde gravitazionali Ligo situati a Livingston e a Hanford, rispettivamente in Louisiana e nello Stato di Washington, negli Stati Uniti, e dal rivelatore Virgo nei pressi di Cascina, in provincia di Pisa. Quale sia l’origine di questi grandi buchi neri stellari non è ancora del tutto chiaro. Di certo, sono state osservate svariate coppie di buchi neri di questo tipo che, scontrandosi tra loro, danno vita a un buco nero più grande.

 

Uno spettacolare zoom verso Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra galassia (ESO/Gravity Consortium/L. Calçada/N. Risinger – skysurvey.org).

Oltre a quelli di origine stellare, ci sono i buchi neri giganti, che si trovano al centro delle galassie e hanno massa di milioni, se non miliardi, di volte quella del sole. Un esempio è Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra galassia; un altro esempio è quello al centro della galassia Messier 87, diventato famoso perché è stato il primo a essere “fotografato” da una rete di radiotelescopi terrestri. L’origine di questi buchi neri giganti è in gran parte avvolta nel mistero. Non è chiaro, in particolare, se siano nati prima loro o le galassie che li ospitano. In ogni caso, sono molto più grandi dei loro cugini stellari: il loro orizzonte potrebbe inglobare la Terra, con tutta la sua orbita intorno al sole.

Come vedremo, entrare in uno o nell’altro di questi mondi, ossia i buchi neri stellari o quelli galattici, offre al turista spaziale due esperienze completamente diverse.

CoverI Buco Nero
La cover dell’ebook “Viaggio all’interno di un buco nero“, da cui è tratto questo post.

Prima o poi, si farà

Qualunque sia il buco nero che decidiamo di visitare, partiamo da un presupposto: tecnicamente il viaggio si può fare. È solo una questione di tempo, risorse, tecnologia. Prima o poi, c’è da giurarci, qualcuno lo farà. E allora apprestiamoci a partire, con il mezzo più evoluto che abbiamo a disposizione: la nostra mente. Per scoprire che, con questo volo dell’immaginazione, si possono imparare molte cose meravigliose e inaspettate sul mondo che ci circonda.

(Tratto dall’ebook Viaggio all’interno di un buco nerocontinua)

La trasformazione del sari

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Nata e cresciuta a Thane, Mumbai, Jaya Kishore (nome cambiato) non ha un tetto sopra la testa ma è certa che un giorno riuscirà con le proprie forze ad avere una casa tutta sua. «Ho studiato fino all’età di 14 ma poi, a seguito di un matrimonio precoce e alla nascita dei miei tre figli, non ho potuto proseguire oltre», racconta. Dopo 7 anni di matrimonio, Jaya è rimasta sola a mantenere la famiglia con tutte le difficoltà di una madre single in un posto come Mumbai. In cerca di riscatto sociale e di un lavoro che le restituisse la dignità di donna e di mamma, nel 2015 Jaya è entrata a far parte del progetto I was a Sari, impresa sociale indiana che dona nuova vita a sari (il capo di abbigliamento tradizionale femminile considerato fonte di orgoglio culturale) di seconda mano.

Lavoro alle donne

Ma come ha origine tutto questo? «I was a Sari è un marchio di accessori e abbigliamento nato nel 2013 con l’obiettivo di promuovere un concept di moda sostenibile e inclusiva», dichiara il fondatore Stefano Funari. «Le sue parole chiave sono: economia circolare, emancipazione economica ed empowerment femminile». Distribuiti ora anche da Oxfam Italia, i capi riciclati di I was a Sari raccontano dunque storie di sogni con doppia valenza: la rigenerazione nobile del sari in un nuovo capo unico e l’emancipazione delle donne che li selezionano e li producono generando reddito per sé e per le loro famiglie. «Grazie al nostro impegno e al supporto dei partner e delle onlus che ci sostengono, oggi all’età di 47 anni Jaya e altre donne vulnerabili come lei hanno un lavoro a tempo pieno che svolgono con dedizione e passione», enfatizza Funari.

Un video di Stafano Funari, fondatore del progetto I was a Sari.

Nel 2021, I was a Sari ha coinvolto 176 artigiane in 6 centri di produzione, vendendo più di 160.000 prodotti in 20 paesi in oltre 250 negozi in Europa, in India e negli Stati Uniti, per un totale di 151.000 ore di lavoro. Il 60% delle donne è stato in grado di contribuire alle spese familiari e il 52% a quelle per l’istruzione dei figli. Il 64% ha investito o risparmiato parte dei propri guadagni e il 98% delle intervistate ha dichiarato di aver visto un sostanziale miglioramento nelle condizioni di vita.

 

La nuova vita dei sari, dopo la trasformazione: diventano camicie, gonne, gioielli, accessori.

Appuntamento a Firenze

Il progetto sarà illustrato da Funari in uno dei tavoli di “Creiamo un futuro di uguaglianza”, il primo festival di Oxfam Italia in programma dal 12 al 13 maggio a Firenze presso l’Istituto Degli Innocenti e online.

Il Grande Vuoto in mostra a Torino

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Il vuoto è centrale nella dottrina buddhista: non è solo l’istante che precede la nascita di tutte le cose, ma è anche il punto d’arrivo finale, la liberazione di tutti gli esseri senzienti a livello cosmico. All’opposto di quanto accade nelle tradizioni culturali e filosofiche europee, dove il termine “vuoto” porta con sé una connotazione negativa che la avvicina a idee nichiliste e alla mancanza o privazione, per il buddhismo la vacuità ha una connotazione positiva legata in ultima istanza al raggiungimento della consapevolezza, ovvero alla comprensione che la vita, con i suoi continui mutamenti, è impermanenza e interdipendenza, poiché tutto esiste solo in relazione all’altro. Capire questo, e quindi liberarsi dalla sofferenza della vita, si risolve in una dimensione di pace assoluta (nirvana): è qui che si rivela l’essenza del Buddha, che non è divinità, ma appunto Vuoto.

In mostra a Torino

L’esposizione Il Grande Vuoto. Dal suono all’immagine, che inaugura al MAO il 6 maggio, è dedicata proprio a questi concetti: la mostra vuole offrire al pubblico un’esperienza multisensoriale particolarmente coinvolgente ed è anche un segno forte di speranza per un futuro che si rivela incerto e sconfortante.

Nella musica

La mostra si apre con un grande spazio vuoto. Non si tratta però di un vuoto vero e proprio, ma di uno spazio che si satura gradualmente con la presenza delle note del giovane e pluripremiato compositore romano Vittorio Montalti, che per l’occasione ha composto il brano Il Grande Vuoto, in cui silenzi, ritmi, sonorità e l’eco dello spazio stesso diventano matrice e metafora della costruzione divina dello spazio rituale: un lavoro sospeso tra composizione e installazione sonora che abita i diversi spazi del Museo.

Nel percorso

I visitatori sono invitati dalla musica a compiere un percorso esperienziale e meditativo, per giungere al fulcro della mostra, in Sala Colonne: qui è infatti esposta una rarissima thangka tibetana del XV secolo, la più preziosa delle collezioni del MAO, che ritrae Maitreya, il Buddha del Futuro raffigurato in splendide vesti e seduto sul trono dei leoni. Con le mani atteggiate nella dharmacakramudra (il gesto della messa in moto della Ruota della Legge), che rivela la sua futura missione di promulgatore della Dottrina, il Buddha regge gli steli di piante e fiori, simboli germinali di una futura liberazione.

Cosmogonia rituale

In quanto oggetto religioso e rituale, la thangka, con le sue innumerevoli simbologie, è un mezzo che permette a chi la osserva di navigare attraverso le difficili acque della meditazione e di visualizzare i vari attributi della divinità raffigurata (in questo caso Maitreya, il Buddha del futuro) e di entrare in uno stato meditativo profondo, nel quale le immagini, i colori, i gesti, i suoni raffigurati nel dipinto si rivelano in una cosmogonia rituale sublime.

Ritratti storici

L’antica thangka tibetana porta con sé la forza della tradizione tibetana di riprodurre divinità e santi Buddhisti su tela (le thangka) e che, in epoca moderna, sta all’origine del ritratto fotografico dei tulku, a cui è dedicata la parte finale della mostra.

Guide spirituali

Nelle ultime due sale trovano infatti spazio centinaia di fotografie di tulku, parte di una collezione di immagini realizzate dalla fine dell’Ottocento fino ai giorni nostri, che ritraggono i Buddha viventi appartenenti alle scuole buddhiste e bonpo in tutte le aree del mondo dove si pratica il buddhismo tibetano; i tulku sono figure salvifiche la cui “mente di saggezza” rinasce in nuovi corpi per condurre l’umanità verso la salvezza e il Grande Vuoto, verso la buddhità.

L’archivio

In questo senso non si tratta di semplici ritratti fotografici, ma di autentici oggetti di venerazione, che contengono la sacralità della presenza: si ritiene infatti che l’immagine abbia lo stesso potere del tulku stesso, o più precisamente che l’immagine e il tulku siano inscindibili. La raccolta, iniziata oltre una decina di anni fa dall’artista Paola Pivi, ha raggiunto migliaia di immagini e costituisce quello che è oggi il più grande archivio di immagini di tulku al mondo.

Sotto ipnosi

Il giorno dell’apertura l’artista Marcos Lutyens ha proposto il progetto Blue Lion Induction, un’induzione ipnotica, una meditazione che conduce i partecipanti in un viaggio oltre le parole. Marcos Lutyens è artista e ipnotista e le sue performance sono sedute di ipnosi collettiva, che conducono i visitatori prima in un profondo stato meditativo e poi in un mondo altro, immaginario, in cui le indicazioni della sua voce si integrano a ricordi, aspettative, sogni personali.

Link e approfondimenti

Il sito della mostra.