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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.

La prossima pandemia

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Che cosa abbiamo imparato dall’arrivo del Covid-19? Siamo adesso fuori pericolo o dobbiamo prepararci a una nuova emergenza? Dove si nasconde il pericolo, e che cosa possiamo fare per prepararci o per evitarlo? Ne abbiamo parlato con David Quammen, celebrato autore del libro Spillover (che nel 2012 profetizzò l’arrivo di una pandemia di un coronavirus proveniente dalla Cina), che abbiamo incontrato a Milano in occasione dell’uscita del suo nuovo libro Senza respiro (Adelphi).

David, tu convivi con tre cani e un pitone…

Tre levrieri russi, un pitone salvato e un gatto strabico.

… Non hai paura di uno spillover da parte loro?

Quando ho avuto il Covid, mi sono preoccupato di non contagiare mia moglie, il gatto e i cani. Abbiamo infatti visto che ci sono stati casi in cui le persone hanno infettato i loro animali domestici. Del serpente non ero preoccupato.

Nel tuo ultimo libro, Senza respiro, racconti con grande dettaglio come si è sviluppata la pandemia fin dalle prime fasi, e come la comunità scientifica ha reagito alle notizie in arrivo dalla Cina. Quali sono state le tappe principali?

Tra il 30 e il 31 dicembre 2019, alcune persone in tutto il mondo hanno cominciato a raccogliere voci e notizie di una polmonite atipica a Wuhan, in Cina, che portava la gente in ospedale. Tra queste persone c’era Marjorie Pollack, a New York, il cui compito era quello di pubblicare notizie su ProMed, un servizio di segnalazione via e-mail con circa ottantamila iscritti interessati alle malattie infettive. Nei primi giorni di gennaio, alcuni campioni dei primi pazienti sono stati sequenziati e si è visto che si trattava di un coronavirus. All’inizio si pensò che si trattasse del virus della SARS, la sindrome respiratoria acuta grave esplosa nel 2003. Ma si è presto capito che si trattava di un nuovo coronavirus, e quindi divenne chiaro che il rischio era molto, molto serio.

L’11 gennaio, la prima sequenza del virus è stata pubblicata su un sito web di Edimburgo, in Scozia. Era una sequenza ottenuta da Yong-Zhen Zhang a Shangai, che stava collaborando con un partner occidentale, Eddy Holmes, un brillante biologo evoluzionista ora basato all’Università di Sidney in Australia. Fu Holmes a convincere Zhang a condividere quei dati, e ci mise 52 minuti a pubblicarla dopo averla ricevuta. Era la sera di venerdì 10 gennaio a Washington. Fu allora che Tony Fauci e Barney Gramm videro il genoma per la prima volta. Tony Fauci dirigeva da decenni il Niaid, l’Istituto nazionale per le allergie e le malattie infettive, mentre Barney Graham lavorava per il centro di ricerca sui vaccini che fa parte dello stesso istituto. Da quel momento, cominciò lo sviluppo di un vaccino a mRna che nel giro di sessanta giorni (il 16 marzo, ndr) fu iniettato per la prima volta in un volontario umano. Mai un vaccino è stato sviluppato così rapidamente prima. E nel frattempo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (Oms) ha dichiarato che si trattava di una pandemia.

Che cosa è successo prima del 30 dicembre? A quando risalgono i primissimi casi e che cosa si può concludere su quando è avvenuto il “salto di specie”, lo spillover dall’animale all’uomo?

I primi casi confermati risalgono a inizio di dicembre, ma questo è stato determinato dopo. Ci si è infatti chiesti: “Quando ci sono stati i primi casi? Chi è andato in ospedale?”. Sono stati identificati 41 pazienti, il primo dei quali ha manifestato i sintomi l’8 dicembre. Di questi 41 casi, 27 erano direttamente collegati al mercato ittico all’ingrosso di Huanan, e questo è un dato davvero importante. All’inizio si riteneva quindi che l’epidemia fosse iniziata lì; ma poi altri scienziati hanno spostato l’attenzione sui 14 casi inspiegati. Forse, dopo tutto, il salto di specie era avvenuto altrove. Allora si è tornati su quei dati per esaminati più attentamente, e si è scoperto che erano centrati nello spazio geografico vicino al mercato. Dunque, lo spillover deve essersi verificato lì.

Questo esclude, quindi, che si fosse trattato di una fuga dall’Istituto di virologia di Wuhan, come in tanti hanno affermato?

C’è una discussione tra persone che ritengono che si tratti di un virus naturale sfuggito al mercato, oppure di un virus sfuggito dai laboratori. Questo è, in realtà, un dibattito tra persone che hanno prove e persone che hanno sospetti e accuse. Infatti, la discussione si concentra in larga misura su quei primi 41 casi. Di questi, non solo 27 sono direttamente collegati al mercato, ma anche gli altri 14 erano centranti intorno al mercato, e in nessun modo nelle vicinanze dell’Istituto di virologia di Wuhan, che è a 9 miglia (14 km) di distanza dal Fiume Azzurro.

 

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Un pipistrello Rhinolophus sinicus. In questa specie è stato trovato un coronavirus che somiglia all’80% al SARS-Cov-2 (Foto Naturalis Biodiversity Center, CC0 1.0).

Da quali animali può essere arrivato il virus?

Non lo sappiamo, perché il 1° gennaio le autorità hanno ordinato che il mercato fosse svuotato e sterilizzato prima che potesse essere campionato, e questo è stato davvero un errore. C’erano prove importanti in quel mercato che sono andate perse.

Anche se non abbiamo prove, su quali animali cadono i tuoi sospetti?

Non ho un solo sospetto su un particolare animale. C’è troppa incertezza. Ma tra i candidati ci sono cani procioni, zibetti, ratti dei bambù, tassi furetto. Perché si sapeva che questi animali erano tutti in vendita, vivi, nella parte occidentale del mercato, poco prima che fosse chiuso.

Non hai nominato pipistrelli e pangolini, che di solito sono i più citati. Perché?

Perché, che io sappia, non ci sono prove del fatto che pipistrelli e pangolini fossero nel mercato di Huanan. Ma avrebbero potuto esserci. In ogni caso, quando questi animali vengono portati al mercato, vengono trasportati tutti insieme, mescolati in gabbie sui camion. Quindi il virus potrebbe facilmente passare da un pipistrello a un pangolino, ricombinarsi con un coronavirus del pangolino, quindi forse tornare in un pipistrello per poi passare a un cane procione. E poi magari solo il cane procione arriva al mercato di Whuan, ma il virus può essere passato ovunque.

Non abbiamo ancora detto niente di preciso, però, sulla data dello spillover. Se i sintomi dei primi pazienti hanno cominciato a manifestarsi a inizio dicembre, il salto di specie dovrebbe essere avvenuto poco prima, giusto?

Secondo le prove genomiche, probabilmente si è verificato non prima di novembre. Qualcuno dice fine ottobre. D’altra parte noi conosciamo i primi casi legati al mercato; ma questo non vuol dire che fossero i primi casi in assoluto. Un’altra cosa che sappiamo dalle sequenze genomiche è che probabilmente il virus si è riversato due volte dagli animali, perché ci sono due tipi di sequenze dei primissimi casi che sono diversi l’uno dall’altro e non ce n’è uno intermedio. Sono chiamati A e B. E la differenza che c’è tra i due gruppi (detti lineage) suggerisce che le prime persone di entrambi i gruppi abbiano preso il virus direttamente da un animale. Quindi ci sarebbero stati almeno due spillover, ma potrebbero essere stati anche di più.

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Immagine al microscopio elettronico di virioni di SARS-Cov-2 National Institute of Allergy and Infectious Diseases, CC BY 2.0).

Qualcuno ha detto che ci sono stati casi in Italia risalenti a un periodo precedente, ma le analisi sono state eseguite solo in seguito.

Ci sono stati studi che suggerivano la presenza di persone positive al SARS-Cov-2 in Italia prima di quella data. E a una conclusione analoga è arrivato un altro studio che si è svolto a Florianapolis, una ricca città sulla costa del Brasile. Gli autori sono bravi scienziati, ho parlato con loro. Ma è possibile che abbiano commesso degli errori. In alternativa si potrebbe concludere che si trattava di altri tipi di coronavirus.

Perché il virus è stato così mortale in Italia?

Questa è una domanda difficile. L’ho chiesto agli scienziati italiani, in particolare a Marino Gatto, professore emerito di Ecologia al Politecnico di Milano. Secondo Gatto la causa è stata l’industrializzazione nel Nord Italia: non solo l’inquinamento atmosferico, ma soprattutto industriali e uomini d’affari che viaggiavano e arrivavano anche direttamente da Wuhan. Poi c’è stata la partita di calcio Atalanta-Valencia, che secondo alcuni è stato un evento importante di superdiffusione. Alla fine, il Nord Italia è stato sommerso dal virus prima che qualcuno se ne rendesse conto. Ma il virus è stato molto letale a Castiglione d’Adda, a Bergamo… Il tasso di mortalità era molto alto. Perché? Forse per l’elevata presenza di anziani? Forse perché la gente viveva in famiglie multigenerazionali con bambini, genitori e nonni? Non lo sappiamo.

Questo è stato l’inizio più documentato di una pandemia nel corso della storia. Che cosa abbiamo imparato da questa esperienza?

Quello che abbiamo imparato resta da vedere, nel senso che resta da vedere se la prossima volta faremo meglio. Una delle cose che abbiamo imparato è che un virus capace di trasmissione asintomatica, cioè tra persone che non si sentono male e non sembrano malate, può essere devastante e può essere molto difficile da controllare. Se la SARS avesse avuto questa capacità nel 2003, non saremmo stati in grado di fermarla a 8.000 casi: sarebbe stato molto, molto più devastante. E poi abbiamo imparato molte lezioni negative: abbiamo imparato cosa non fare, a causa di tutti gli errori che sono stati compiuti. Una cosa molto negativa sono stati i test diagnostici, all’inizio, in particolare negli Stati Uniti: i kit prodotti dalla Cdc (Centers for Disease Control and Prevention, l’ente federale preposto) non funzionavano. Dieci anni fa, mentre facevo ricerche per il mio libro Spillover, uno scienziato, Ian Lipkin, mi disse che lui e il suo partner stavano sviluppando un test diagnostico portatile che dava risultati in tempo reale e poteva essere utilizzato nelle stazioni di controllo aeroportuali. Ero in Australia quando è esplosa l’epidemia di Covid 19 e mi aspettavo di trovare una macchina del genere al ritorno negli Stati Uniti, ma così non è stato. Come mai? Dieci anni dopo? L’ho chiesto a Lipkin e mi ha risposto che non aveva ottenuto finanziamenti per svilupparla. Spero che ora li abbia, abbiamo bisogno di quel tipo di test veloce.

C’è stato però anche un incredibile progresso nella scienza.

Uno dei grandi progressi è stato lo sviluppo di vaccini in tempi così rapidi, e in particolare lo sviluppo dei vaccini a mRna. Questo è stato molto importante, ed è stato molto positivo. È stata una delle cose più positive che ne è venuta fuori.

Anche il sequenziamento del genoma è stato importante.

Sì. Mai prima d’ora un processo di evoluzione è stato tracciato con tanta precisione dalla scienza. Ad agosto 2022 avevamo 12 milioni di sequenziamenti: 12 milioni di istantanee del virus nel corso della sua evoluzione. Sono come un’immagine in movimento in 12 milioni di fotogrammi, che mostrano come il virus si è evoluto e come ha viaggiato in tutto il mondo. Quindi, con questo massiccio sequenziamento genomico, che è stato eseguito in diversi luoghi ma in modo più efficiente nel Regno Unito, abbiamo avuto un quadro molto chiaro di ciò che stava accadendo con le varianti. Per esempio, ne abbiamo vista una con 12 mutazioni che sembrava essere molto aggressiva e molto trasmissibile: è uscita improvvisamente dal Sud-Est dell’Inghilterra, ha attraversato Londra, è arrivata in aeroporto e si è diffusa in tutto il mondo. Era quella che abbiamo chiamato variante alfa, e potevamo vederla perché stavamo sequenziando i genomi.

Senza Respiro
La cover dell’ultimo libro di David Quammen, Senza Respiro (Adelphi).

Sei famoso perché nel tuo libro Spillover, pubblicato nel 2012, hai predetto questa pandemia. Quale sarà la prossima?

Be’, prima di tutto ricordo, come dico sempre, che l’ho predetta solo perché l’avevano predetta gli scienziati che ho ascoltato. Potevano vederla arrivare. Li ho ascoltati, mi sono fidato di loro, credo nella loro esperienza e quindi ho scritto nel mio libro: “Sì, c’è una pandemia in arrivo e sarà causata da un virus, probabilmente sarà un virus a Rna, potrebbe essere un coronavirus, potrebbe arrivare da un pipistrello, potrebbe arrivare da un animale in un mercato in Cina…”. Ho scritto tutto questo ed era tutto corretto, perché stavo ascoltando questi scienziati. Allora, quale sarà la prossima pandemia? Questi scienziati sono molto attenti a dire che non si può davvero prevedere, si può soltanto dire che cosa è possibile e che cosa è probabile. Non si può dire che cosa esattamente succederà né quando succederà. Ma quegli stessi scienziati ora sono molto preoccupati per l’influenza aviaria H5N1. Non dirò e non diranno che la prossima pandemia sarà l’influenza aviaria; ma se lo sarà non saremo sorpresi. È una delle cose che deve essere osservata con molta attenzione. Significa che dobbiamo guardare solo l’influenza aviaria e dimenticare la possibilità di un altro coronavirus, o di un virus correlato al morbillo? No, terremo d’occhio anche quelli. Ma tra i virus che conosciamo, uno di quelli al vertice del rischio è certamente H5N1, l’influenza aviaria.

E perché dovremmo averne paura?

Avere paura non serve. È più utile preoccuparsi e vigilare. Dovremmo essere vigili sull’influenza aviaria, perché occasionalmente infetta i mammiferi, suggerendo la sua capacità di evolversi con un salto di specie. E ogni tanto infetta anche gli esseri umani. Sono segnali di avvertimento, gli scienziati li chiamano “chiacchiere virali” (viral chattering). Il virus può colpire un essere umano qui, un altro là; ma non può trasmettersi da uomo a uomo. Continua a provarci, e dobbiamo prestare attenzione, perché la prossima volta che il virus infetta un essere umano potrebbe essere in una forma che si trasmette facilmente a un altro essere umano, un altro… prima che ce ne accorgiamo potremmo avere un focolaio che può diventare un’epidemia o addirittura una pandemia.

Ora però dovremmo avere anche più armi per contrastare una tale evenienza. Abbiamo il sequenziamento del genoma, abbiamo la possibilità di sviluppare vaccini velocemente, dovremmo aver imparato qualcosa sulle procedure. Sei dunque ottimista sul modo in cui l’umanità affronterà la prossima pandemia?

Sono fiducioso; ma non sono ottimista. Speranzoso in quanto desidero che l’umanità arrivi preparata a un evento di questo tipo. Ma non scommetterei la mia casa sul fatto che ciò accadrà veramente. Perché abbiamo bisogno di altre armi, dobbiamo risolvere altri problemi. Principalmente nell’istruzione. Dobbiamo educare le persone. La scienza ha imparato a fare i vaccini, ma non abbiamo ancora capito come convincere le persone ad accettarli. La resistenza delle persone ai vaccini è un problema grave quanto l’evoluzione virale. Dobbiamo capire come riportare la gente a fidarsi della scienza e dissipare tutte le notizie false e la paranoia in aumento sulle teorie del complotto, che stanno facendo sì che le persone rifiutino di vaccinarsi.

Perché, in realtà, anche se la gente se ne preoccupa meno, il Covid 19 stesso non è affatto scomparso. Come potrebbe evolversi questa malattia?

Non dobbiamo dimenticarcene. È un problema che dovremo affrontare ogni anno, perché il virus continuerà a evolversi. È dimostrato che è molto capace di farlo. Probabilmente si adatterà e troverà il modo di sfuggire all’immunità che abbiamo grazie ai nostri vaccini. C’è una nuova vaccinazione antinfluenzale ogni anno, perché l’influenza si evolve e cambia continuamente. È molto probabile che ci sarà un nuovo vaccino contro il Covid ogni anno. E tutti abbiamo bisogno di averlo, per proteggerci.

Però la convinzione generale è che il Covid stia diventando sempre meno pericoloso.

È falso. Le persone vogliono credere che un virus quando è negli esseri umani si evolva necessariamente e automaticamente in modo da essere meno pericoloso. Questo vuol dire che non capiscono l’evoluzione dei virus. Infatti, non c’è alcun motivo per cui un virus debba necessariamente evolversi per diventare meno pericoloso, perché per l’evoluzione conta solo il fatto che il virus si trasmetta da uomo a uomo. Se lo fa, allora questo è un successo evolutivo. Ecco che cos’è un virus, un organismo che segue gli imperativi dell’evoluzione darwiniana. L’evoluzione impone imperativi darwiniani a qualsiasi tipo di creatura che si replichi con un genoma mutevole, e quegli imperativi sono: fai più copie possibili di te stesso, espanditi nello spazio geografico, colonizza nuovi habitat, entra in individui di tutto il mondo. Ed estendi te stesso nel tempo. L’evoluzione non dice nulla su quanto male tu faccia alle persone quando sei stato trasmesso.

Nel 1918 c’è stata l’influenza spagnola, nel 2003 la SARS, ora il Covid 19 e già si parla di aviaria… sembra che la frequenza delle pandemie stia accelerando.

Sì, è così.

Partiamo dalla tua esperienza personale. Tu sei stato in alcuni dei luoghi più critici del mondo per la nascita di nuovi virus. Quali sono gli hotspot principali?

Gli hotspot sono ovunque gli esseri umani entrano a stretto contatto con gli animali selvatici, sconvolgendo gli ecosistemi. Come è avvenuto per ebola in Africa, per la prima epidemia di SARS nel Sud Est Asiatico e in Cina, per il Nipah virus in Malesia… Il Nipah virus è un classico esempio. La Malesia peninsulare era in passato un ecosistema molto diversificato ricco di foreste. Lì vivevano grandi pipistrelli della frutta che trasportavano alcuni virus pericolosi per l’uomo. Nel 1998, gran parte di quella foresta era stata distrutta, quindi i pipistrelli dovevano volare più lontano per cercare cibo, nei luoghi in cui gli alberi erano stati rasi al suolo per far spazio a enormi allevamenti di maiali. Come flusso di reddito secondario, accanto agli allevamenti erano stati piantati alberi da frutto come mango e carambola. Allora che succede? Succede che arrivano i pipistrelli in cerca di cibo, perché la loro foresta è stata distrutta, trovano questi alberi, ne mangiano i frutti, fanno cadere le loro feci e l’urina insieme alla polpa della frutta sui maiali. I maiali mangiano tutto e si infettano con questo virus che diventerà noto come Nipah virus. Così i primi maiali iniziano a tossire, tossiscono l’uno sull’altro e il virus si diffonde attraverso la popolazione suina. Poi le persone iniziano a morire. Chi muore? Soprattutto cinesi. Perché a gestire l’industria dei maiali in Malesia, che è un Paese musulmano, sono i cinesi. Ma la causa iniziale è la distruzione della foresta.

Che rapporto dovremmo avere, allora, con la natura allo stato selvatico?

Per evitare ambiguità linguistiche (legate al termine wilderness in inglese) preferisco parlare di ecosistemi ricchi di diversità, in cui possono vivere anche gli esseri umani, ma con una tecnologia semplice e in piccole popolazioni, quindi con un impatto sull’ambiente relativamente basso. In questi contesti, gli esseri umani sono al pari delle altre specie di animali che vivono nella foresta: appartengono all’ecosistema. Dunque, questi ecosistemi ricchi di diversità sono molto importanti, perché contengono una grande varietà di tutti i tipi di creature, compresi i mammiferi e gli uccelli. E i mammiferi e gli uccelli sono portatori di virus in grado di infettare gli esseri umani. Quindi, quando andiamo in quei luoghi e li distruggiamo abbattendo gli alberi, costruendo villaggi, miniere e lavorando il legno, stiamo creando situazioni potenzialmente molto pericolose. Le persone che vivono lì, infatti, devono nutrirsi e molto spesso mangiano la carne che trovano nella foresta, uccidendo gli animali selvatici, e questo dà ai virus l’opportunità di entrare in un nuovo ospite ­– l’uomo – che permette loro un successo evolutivo molto maggiore. Se sei un virus dello scimpanzé, sei svantaggiato dal fatto che gli scimpanzé stanno tristemente diminuendo. Ma se sei un virus di scimpanzé che passa agli esseri umani, hai effettuato una transizione di successo e le tue prospettive evolutive sono molto maggiori. Perché ora hai 8 miliardi di individui che puoi infettare, invece di 500.000.

Quindi, per il solo fatto di essere in tanti sulla Terra ci troviamo in una situazione di pericolo.

Sì.

Siamo fuori equilibrio.

Siamo in 8 miliardi e siamo tutti affamati di risorse, di cibo, di energia…

Cosa dobbiamo fare, allora? L’umanità vuole controllare tutto, dovremmo controllare anche l’evoluzione?

Gli esseri umani controllano già l’evoluzione, ma in un modo molto limitato. Per esempio, allevando i cani. Io stesso ho tre levrieri russi: sono alti, sono magri… non sembrano lupi. Perché non sembrano lupi? Perché gli esseri umani hanno controllato la loro evoluzione. Volevano che assomigliassero a qualcos’altro. E così abbiamo barboncini e volpini. Nemmeno loro assomigliano a lupi. Come mai? Perché gli umani volevano avere simpatici cagnolini da tenere in grembo. Quindi possiamo controllare l’evoluzione in una certa misura. Ma non possiamo controllare tutta l’evoluzione. Per esempio, non possiamo impedire ai virus di evolversi per infettarci, perché generalmente non conosciamo questi virus finché non infettano gli esseri umani. Se vogliamo la diversità biologica su questo pianeta – io la voglio e molte persone la vogliono, perché è bello e perché è importante per la salute del pianeta – allora dobbiamo riconoscere che non possiamo controllare l’evoluzione dei coleotteri che vivono in Amazzonia e dei ratti che vivono lungo il fiume Congo. Dobbiamo riconoscere che l’evoluzione procederà da sola come ha fatto per 3,8 miliardi di anni su questo pianeta.

D’altra parte, tu stesso hai scritto che i virus si sono evoluti con noi e, anche se li temiamo, sono importanti per la nostra stessa esistenza. Perché lo sono?

I virus, alcuni di loro, hanno fatto molte cose buone per noi. La gravidanza umana, per esempio, non è possibile senza un gene che proviene da un virus, un retrovirus che ha inserito il suo genoma in quello dei mammiferi, o degli animali che sono diventati mammiferi, in un qualche momento negli ultimi 100 milioni di anni. È uno dei numerosi geni che rendono possibile la gravidanza umana. Se tutti virus scomparissero domani dalla faccia della Terra, i nostri ecosistemi andrebbero in pezzi e staremmo peggio che durante una pandemia.

Alla luce di quanto è successo in questi anni, come può la gente riuscire a distinguere tra scienza e pseudoscienza, tra verità e falsità?

Noi scrittori, giornalisti, insegnanti, educatori dobbiamo aiutare le persone, a cominciare dai bambini, a capire che cos’è la scienza. Se le persone capiscono che cos’è la scienza, possono distinguere tra scienza e pseudoscienza. La scienza non è un insieme di fatti che trovi in Internet cercando su Google e trovando strani siti Web che dicono cose folli e drammatiche. La scienza è un processo verso una comprensione più accurata del mondo fisico attraverso un processo di raccolta di prove, di verifica di ipotesi, di correzione di errori, di condivisione di informazioni, di aiuto reciproco. E muovendosi gradualmente verso una comprensione più accurata del mondo, ci si rende conto che ciò che sappiamo è sempre provvisorio, e che se compaiono nuove prove allora bisogna correggere ciò che si pensava di sapere. Le persone vengono ingannate dalla pseudoscienza, perché non capiscono che cos’è la scienza e come funziona.

Link e approfondimenti

Il sito di di David Quammen.
• Un articolo di Josway sulle origini della pandemia di Covid 19.

 

 

Calvino e la complessità 2: l’effetto farfalla

Questi sono tutti i libri maestri della ditta – dice il ragioniere, – nei cent’anni della sua esistenza […] non c’è mai stato un ragioniere come Annibale De Canis, eppure quest’uomo infallibile, questo genio, vedi, il 16 novembre 1884,… ecco, qui c’è un errore di quattrocentodieci lire. Nessuno se n’è mai accorto, io solo lo so, e sei la prima persona a cui lo dico: tientelo per te e non lo dimenticare! E poi se anche lo andrai a dire in giro, sei un ragazzo e nessuno ti darà retta… Ma adesso sai che tutto è sbagliato. In tanti anni, quell’errore di quattrocentosedici lire sai quant’è diventato? Miliardi! Miliardi! Hanno un bel girare le macchine calcolatrici, i cervelli elettronici e tutto il resto! L’errore è al fondo, al fondo di tutti i numeri, e cresce, cresce, cresce!

(Italo Calvino, “La notte dei numeri” da Gli amori difficili, Einaudi, Torino 1975.)

 

In questo racconto Calvino narra la storia di un bambino che accompagna la madre mentre fa le pulizie negli uffici di un’azienda. La donna lavora di notte, per non disturbare gli impiegati durante le ore lavorative, ma quella sera c’è ancora una luce accesa, un ragioniere nel suo ufficio sta facendo dei conti. Sorpreso dalla presenza del bambino, l’uomo gli confida il segreto del piccolo errore commesso nel 1884 da Annibale De Canis. Errore che nel corso degli anni, propagandosi da un punto all’altro della complessa contabilità aziendale, è diventato enorme, tanto da rendere “tutto sbagliato”.

Nel caos deterministico

Nel periodo in cui Calvino scrive “La notte dei numeri”, si parla molto della teoria matematica del caos deterministico, un apparente ossimoro che esprime la possibilità che le equazioni che descrivono l’evoluzione nel tempo di un sistema reale presentino una estrema sensibilità rispetto alle condizioni iniziali. Questo fenomeno era diventato famoso proprio in quegli anni con il nome di “effetto farfalla”, espressione appunto usata per indicare un evento di grande portata innescato da una causa quasi insignificante. Si tratta di un risultato ottenuto nell’ambito della teoria qualitativa dei sistemi dinamici, una branca della matematica fondata dal matematico francese Henri Poincaré (1854-1912) con lo studio delle traiettorie di tre corpi (per esempio tre pianeti) che si attraggono a causa della forza di gravità. Nel 1908, lo stesso Poincaré descrisse il fenomeno con chiarezza ineguagliabile: “Se conoscessimo esattamente le leggi della natura e la situazione dell’universo all’istante iniziale, potremmo prevedere esattamente la situazione dello stesso universo in un instante successivo. Ma se pure accadesse che le leggi naturali non avessero più alcun segreto per noi, anche in tal caso potremmo conoscere la situazione iniziale solo approssimativamente. Se questo ci permettesse di prevedere la situazione successiva con la stessa approssimazione, non ci occorrerebbe di più e dovremmo dire che il fenomeno è stato previsto. Ma non è sempre così; può accadere che piccole differenze nelle condizioni iniziali ne producano di grandissime nei fenomeni finali. Un piccolo errore nelle prime produce un errore enorme nei secondi. La previsione diviene impossibile” (H. Poincaré, Scienza e metodo, Einaudi 1997).

In anticipo sui tempi

Questa idea non ebbe subito un grande impatto nello sviluppo della scienza, forse perché era troppo in anticipo sui tempi. Un decisivo impulso alla diffusione e alla crescente popolarità di questo settore della matematica venne dagli studi del meteorologo americano Edward Lorenz, che nel 1963 pubblicò un articolo in cui spiegava il notevole effetto di cambiamenti piccolissimi, appena misurabili, sulle traiettorie generate dalle equazioni (non lineari) che governano il modo dei fluidi, come quelle che utilizzava per le previsioni metereologiche. La possibilità di visualizzare queste soluzioni mediante l’uso dei computer, e il fatto che gli studi riguardassero problemi vicini agli interessi della gente come le previsioni del tempo, destarono molta più curiosità, anche fra i non addetti ai lavori, rispetto agli studi di Poincaré.

Dal Brasile al Texas

Per descrivere questi risultati in un convegno, Lorenz intitolò la sua relazione (e il relativo articolo pubblicato nel 1972) “Does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas?” (“Può il battito d’ali di una farfalla in Brasile provocare un uragano in Texas?”). Questa metafora è diventata così popolare che il concetto di sensibilità alle condizioni iniziali è ormai comunemente denotato come “effetto farfalla”, e viene utilizzato nell’ambito di numerose discipline scientifiche, dalla fisica alla biologia, dall’economia alla psicologia, e persino in romanzi, film e salotti culturali.

Fantascienza

È interessante notare che, secondo alcuni, la metafora della farfalla è stata ispirata a Lorenz dalla lettura del racconto di fantascienza di Ray Bradbury A Sound of Thunder (1952), nel quale – parlando di viaggi nel tempo – si evidenzia come modificare anche un piccolo dettaglio nel passato può avere pericolose ripercussioni nel presente, con effetti talvolta sorprendenti. È proprio quello che succede a uno dei personaggi del racconto di Bradbury quando, tornando nel presente dopo un breve viaggio nell’era mesozoica, cioè al tempo dei dinosauri, si accorge di aver ucciso una farfalla. Una cosa da niente, ma poi si rende conto che questo piccolo evento ha prodotto una catena di cambiamenti nel corso dei secoli che conduce a un risultato diverso nell’esito delle elezioni presidenziali americane.

La libellula di Gadda

D’altra parte anche Carlo Emilio Gadda, nel suo racconto “L’egoista” del 1953, aveva usato una metafora molto simile a quella di Bradbury. Gadda scrisse infatti: “Se una libellula vola a Tokyo, innesca una catena di reazioni che raggiungono me”. Evidentemente il concetto era ben presente nella cultura di quegli anni, favorendo quel circolo virtuoso tra arte e scienza che in ogni epoca alimenta la conoscenza nel suo significato più ampio.

(Ha collaborato Andrea Parlangeli)

Link e approfondimenti

  • Il libro Gli amori difficili di Italo Calvino.
  • Le altre puntate su Calvino e la complessità su Josway.
  • Il libro A Sound of Thunder di Ray Bradbury.
  • Il racconto l'”egoista” di Carlo Emilio Gadda.

Olafur Eliasson come esperienza quantistica

Quando la porta si chiude dietro di me, recidendo ogni legame con il prima, affondo nell’oscurità di una notte senza stelle. Per un lungo istante cado nel nulla, inghiottito dal buio e dal silenzio. A correre in mio soccorso è la luce.

E luce fu

Siamo al terzo piano della Manica Lunga del Castello di Rivoli, in occasione della mostra Orizzonti Tremanti di Olafur Eliasson. Questo artista islandese-danese è noto per le sue opere che parlano il linguaggio della luce, degli specchi, dei colori. Come l’installazione The Weather Project alla Tate Modern di Londra, costituita da un sole artificiale che nel 2003 ha illuminato gli spazi della Turbine Hall di un’irreale luce gialla. O come il progetto Little Sun di una lampada a Led, nata dall’intenzione di portare la luce in aree sperdute dell’Africa e ora acquistabile su Amazon con l’idea di favorire lo sviluppo sociale in modo sostenibile. E proprio la sostenibilità è un altro tema particolarmente a cuore a Olafur Eliasson, che tra il 2014 e il 2018 ha portato a Parigi, a Londra, a Copenhagen, a Shanghai grandi blocchi di ghiaccio provenienti dagli iceberg artici per sensibilizzare l’opinione pubblica nei confronti del cambiamento climatico. Attualmente, l’artista è in mostra anche a Palazzo Strozzi a Firenze.

Divenuto figura simbolo dell’incontro tra arte, tecnologia e scienza, Olafur Eliasson ha disegnato anche il trofeo del Breakthrough Prize, assegnato annualmente nei campi della fisica fondamentale, della matematica e delle scienze della vita.

Tutto questo evoca il nome dell’artista, e tutto questo aleggia nell’esperienza che ci apprestiamo a vivere.

Esperienza 1. Simmetria

Dopo un primo momento di distacco dal mondo e di spaesamento, mentre gli occhi ancora si abituano all’oscurità dell’ambiente, la luce che mi guida è quella di Navigation star for utopia, la prima opera che si incontra nel percorso: una figura geometrica in 3D illuminata dall’interno, che attraverso le sue tante facce trasparenti proietta forme e colori sulle pareti circostanti. Ricorda un astrolabio o una rosa dei venti, e sembra offrire una direzione ai visitatori appena entrati. Al centro dell’opera c’è però soprattutto un’idea chiave della fisica quantistica, quella di simmetria.

L’opera “Navigation star for utopia” in acciaio, legno, vetro colorato, ottone, vernice e luci Led apre la mostra di Olafur Eliasson al Castello di Rivoli (Photo: Agostino Osio Courtesy l’artista ; neugerriemschneider, Berlin; Tanya Bonakdar Gallery, New York / Los Angeles © 2022 Olafur Eliasson).

Non importa esattamente di quale simmetria si tratti, qui la similitudine ha più un valore evocativo che descrittivo. Ma la simmetria è nel poliedro fantastico di Eliasson così come nella più intima struttura quantomeccanica del mondo. Nella moderna teoria dei campi, infatti, tutte le particelle elementari sono espressioni di particolari simmetrie all’interno di spazi astratti, lontani dalla nostra esperienza quotidiana ma capaci di descrivere con grande precisione il regno dell’ultrapiccolo.

Il Modello Standard delle particelle elementari è lo schema teorico più completo che abbiamo della realtà microscopica, ed è interamente basato sulle simmetrie. Il Modello Standard si basa però su tante simmetrie diverse. Nel mondo reale, manca l’analogo del poliedro fantastico di Eliasson, che permetta di orientarsi con l’ausilio di un’unica simmetria da cui le altre si possano derivare come geometrie proiettate sulle pareti. Non sono mancati tentativi in tal senso, cioè di giungere a una visione unificata della fisica, a un’unica simmetria più fondamentale di tutte le altre. Ci aveva provato anche Einstein. Ma tutti i tentativi sono finora falliti, resta solo la speranza che l’unificazione possa essere raggiunta in futuro.

Esperienza 2. Proiezione olografica

Le proiezioni di Navigation star for utopia rimandano a un altro concetto chiave della fisica teorica, il principio olografico. Quest’idea, nata una trentina d’anni fa, sta riscuotendo un crescente successo nell’ambito della fisica teorica pur essendo ancora altamente speculativa. L’idea fu avanzata per la prima volta dal premio Nobel olandese Gerard ’t Hooft, per poi essere applicata da Juan Maldacena alla Teoria delle stringhe, che descrive le particelle elementari come minuscole corde vibranti. Quando Maldacena ne parlò a un meeting di scienziati nel 1998, i partecipanti lo celebrarono intonando una canzone ispirata alla Macarena.

Caleidorama
Un’altra immagine prodotta da un caleidorama (A. Parlangeli).

Il principio olografico afferma che, in determinate condizioni, ciò che avviene in uno spazio fisico è scritto sulla superficie che lo racchiude. È come dire che una mela può essere completamente descritta dalla sua buccia, o che un pacco regalo è leggibile dalla carta che lo contiene. Questo è sorprendente, in quanto si può dimostrare che, in matematica, il numero di punti racchiusi all’interno di un solido geometrico 3D tradizionale, come un cubo o una sfera, è molto maggiore del numero di punti di una qualsiasi superficie (più precisamente, se si prova a mettere in corrispondenza ogni punto della superficie con un punto del volume, con un procedimento messo a punto dal matematico Georg Cantor a fine ’800, si trova sempre che gran parte dei punti del volume restano esclusi).

Il mistero dei buchi neri

Nonostante questo, ci sono diverse buone ragioni per cui, secondo i fisici, il principio olografico potrebbe essere valido. Consideriamo per esempio i buchi neri. Nella seconda metà del secolo scorso, il fisico Stephen Hawking si accorse che una proprietà termodinamica fondamentale di questi corpi celesti estremi, l’entropia, sembra essere proporzionale alla loro superficie. Tutto ciò che cade in un buco nero, infatti, lascerebbe una traccia sull’orizzonte degli eventi, cioè il limite ultimo oltre cui nulla di quello che viene inghiottito può tornare indietro, nemmeno la luce. Insomma, sulla superficie del buco nero, in linea di principio, si potrebbe leggere tutta la sua storia passata, e quindi tutto quello che contiene.

Come in un vecchio film

Come anticipato, il fisico Juan Maldacena ha applicato un principio simile a uno spazio astratto che rappresenta un modello stilizzato di universo. Si tratta, sia chiaro, di un universo del tutto diverso dal nostro. Il nostro universo è infatti infinito, o almeno si pensa che lo sia, e in ogni caso non si conosce nessuna superficie che lo delimiti. Maldacena ha invece utilizzato uno spazio detto “anti de Sitter”; e ha dimostrato che  tutto ciò che avviene al suo interno è equivalente a quello che avviene sulla sua superficie, ma con leggi fisiche diverse. La differenza principale è che nello spazio anti de Sitter 3D è presente la gravità, in quello 2D che lo circonda la gravità non c’è. Per il resto, il mondo in superficie può essere proiettato in 3D esattamente come, nei vecchi cinema, un film veniva proiettato dalla pellicola al grande schermo. Possiamo pensare al principio olografico come a un proiettore che da una superficie proietta l’universo. L’idea è interessante per i fisici, perché ormai da decenni stanno cercando una teoria capace di descrivere la gravità in termini quantistici, ma non ci riescono (la già citata teoria delle stringhe è uno dei tentativi in tal senso). La speranza allora è quella di trovare la soluzione sulla superficie, per proiettarla sul mondo reale. Per questo i colleghi di Maldacena, nella conferenza del 1998, gli hanno dedicato una canzone.

Esperienza 3. Osservabile e osservato

Tutto questo mi balena nella mente per un istante mentre osservo Navigation star for utopia. Penso alla simmetria e al principio olografico, di fronte alle luci e ai colori proiettati sulle pareti in quell’angolo della stanza. Se gli spunti terminassero qui, però, certamente non avrei una motivazione sufficiente a scrivere queste righe. Quello che mi spinge più di ogni cosa sono i sei caleidorami che si susseguono lungo il percorso nella Manica Lunga.

Come in un caleidoscopio

I caleidorami, lo ricordiamo, sono installazioni costruite appositamente per questa mostra, che immergono gli spettatori in un panorama costruito come un caleidoscopio. Si entra in una cupola costituita da specchi che riflettono lo spazio intorno e al tempo stesso moltiplicano le luci prodotte da appositi fasci luminosi che attraversano flussi o specchi d’acqua. Tutti i caleidorami sono diversi, e producono immagini diverse; ma si basano su questi elementi essenziali.

Entrare in un caleidorma può essere un’esperienza fortemente emozionale, pur senza distinguere il tripudio di fenomeni ottici che ivi ha luogo: rifrazione, riflessione, dispersione dei colori e tanto altro. Se ne potrebbe discutere all’infinito ma, anche qui, non è questo che ci interessa. Quello che conta sono un paio di considerazioni che ci riportano alla meccanica quantistica. La prima, forse meno rilevante, è quella che ci riporta al già discusso concetto di simmetria, in quanto le luci e le immagini stesse dello spettatore si moltiplicano all’infinito espandendo enormemente lo spazio percepito a chi si trova nel centro. E la simmetria cambia a seconda degli angoli che gli specchi formano tra loro.

Your power kaleidorama (Il tuo caleidorama potente) di Olafur Eliasson (Photo: Agostino Osio Courtesy l’artista ; neugerriemschneider, Berlin; Tanya Bonakdar Gallery, New York / Los Angeles © 2022 Olafur Eliasson).

Tutto è indeterminato

La seconda considerazione, che ci porta al cuore della questione, riguarda il rapporto tra osservabile e osservato. Chiunque abbia studiato un po’ di meccanica quantistica sa infatti che questa relazione è al centro della visione quantistica del mondo, e in particolare del Principio di indeterminazione di Heisenberg. Questo principio, pubblicato dal fisico tedesco Werner Heisenberg nel 1927, asserisce che non si può conoscere con precisione arbitraria sia la posizione sia la velocità di una particella elementare; proprio perché nel misurare le proprietà di una particella ­­– cioè nel semplice atto di osservarla ­– ne perturbiamo lo stato, per cui quanto meglio ne conosciamo la posizione in un determinato istante, tanto meno ne conosciamo la velocità; e dunque la posizione in un istante futuro. Il principio di indeterminazione si può formulare in modo molto operativo: per osservare una particella, occorre illuminarla, quindi colpirla con fotoni (i quanti di luce) o altro. In questo modo, possiamo determinare il suo stato; ma sempre con una certa incertezza, proprio perché, colpendola con altre particelle (i fotoni o altro), la disturbiamo.

Più in generale, in meccanica quantistica, ogni misura che si effettua su una particella (tranne in casi particolari) ne altera lo stato. Ma proprio qui nasce un’insoddisfazione a livello concettuale e filosofico: perché deve esistere questa dicotomia tra osservato e osservatore? In altre parole, perché noi, in quanto osservatori, entriamo nella descrizione quantistica in modo diverso rispetto alle particelle che osserviamo? Non siamo tutti parte della stessa realtà?

Si è provato a rispondere in modo diverso a queste domande, ma una risposta definitiva non c’è.

Osservatori non neutrali

Qualcuno ha notato che nel passaggio dal microcosmo al macrocosmo, cioè dalle particelle indeterministiche alla realtà apparentemente deterministica alla quale siamo abituati, l’ambiente gioca un ruolo determinante, perché l’interazione tra innumerevoli entità quantistiche sarebbe talmente complessa da portare a una descrizione statistica di tipo diverso, più simile alle leggi della fisica classica (cioè non quantistica) a noi familiari. Qualcun altro ha notato che la particolarità di noi come osservatori è che siamo entità coscienti. Di certo, nel trovarmi in mezzo alle immagini riflesse dagli specchi dei caleidorami, in cui la mia presenza compare in maniera inscindibile dalle figure colorate che contemplo, mi sento parte dell’opera così come un osservatore che osservi una particella quantistica in movimento, e mi domando quanto quest’esperienza mi possa insegnare più in generale di quel complesso rapporto che c’è sempre e comunque tra me e la realtà di cui faccio parte e in cui agisco. Spesso ci piace pensarci al di fuori di ciò che guardiamo, soprattutto se ci arroghiamo il diritto di esprimere un giudizio. Queste opere ci ricordano che non è così. Noi siamo parte integrante della realtà, ci stiamo dentro come in un caleidorama, e anche se questa realtà non ci piace faremmo meglio a prenderne coscienza.

Rete di fluttuazioni

C’è di più. Al di là della nostra immagine riflessa, nei caleidorami prende forma in modo più sottile anche l’interazione tra noi e l’ambiente. Le figure che si susseguono nelle installazioni, infatti, come già detto sono generate da fasci di luce che passano attraverso prismi e strati d’acqua, per cui mutano in continuazione a causa delle lievissime fluttuazioni dei mezzi che attraversano. Queste fluttuazioni dipendono da innumerevoli fattori ambientali, non ultimo il modo in cui giunge dalla rete idrica il flusso d’acqua stesso. Ma dipendono anche da noi spettatori, e poco importa se siamo noi in persona con il nostro corpo, con il nostro respiro, oppure il nostro vicino che muove un passo per allontanarsi da noi esclamando “Ah!”, condizionato dalla nostra semplice presenza, generando con il piede e con la voce fiotti di vibrazioni che inondano l’aria e l’ambiente. E qui, dunque, noi e gli altri spettatori contribuiamo tutti all’opera in modo diretto e indiretto, attraverso la nostra interazione gli uni con gli altri e con l’ambiente. Diveniamo un tutt’uno con i caleidorami e con la stanza, e in questo ciascuno può provare un’emozione diversa.

Il fascino dell’autoreferenzialità

Ai matematici e agli artisti piace l’autoreferenzialità. Basti pensare agli autoritratti di Leonardo da Vinci e di Rembrant van Rijn, oppure all’incredibile Las Meninas di Diego Velázquez, oppure a un film come di Federico Fellini, che prende consistenza e forma mentre viene girato. Oppure ancora l’opera Seeing Reading (1979) di Joseph Kosuth, esposta al piano terra della Manica Lunga, che consiste in una scritta color cobalto in neon che asserisce: “This object, sentence, and work completes itself while what is read constructs what is seen“.

Pericoli logici

Nella logica bisogna prestare attenzione all’autoreferenzialità, perché crea paradossi; come nel caso dell’espressione “questa frase è falsa” (paradosso del mentitore). Oppure come nel caso dell’insieme di tutti gli insiemi che non contengono sé stessi (paradosso di Russell). Per questo, a lungo la logica ha cercato di rifuggire dall’autoreferenzialità. Oggi, però, l’atteggiamento è diverso, e si tende ad accogliere l’autoreferenzialità senza rinunciare a eliminare i paradossi. Tanto che perfino Kurt Gödel, per dimostrare i suoi teoremi di incompletezza – forse il punto più alto della logica di tutti i tempi –, si è basato su una riformulazione moderna del paradosso del mentitore.

Your memory of the kaleidorama
Your memory of the kaleidorama (Il tuo ricordo del caleidorama) di Olafur Eliasson (Photo: Agostino Osio Courtesy l’artista; neugerriemschneider, Berlin; Tanya Bonakdar Gallery, New York / Los Angeles © 2022 Olafur Eliasson).

Esperienza 4. Intrecciati nell’entanglement

L’entanglement è un fenomeno quantistico messo in evidenza per la prima volta da Albert Einstein in un articolo scritto con Boris Podolsky e Nathan Rosen nel 1935. Einstein, in realtà, voleva mettere in evidenza il lato paradossale di questo fenomeno, perché non digeriva la natura probabilistica della meccanica quantistica e cercava di metterne in luce la presunta incoerenza. Non ci riuscì mai davvero, ma riuscì a dimostrare che la realtà a livello microscopico si comporta in maniera davvero strana. L’entanglement è infatti una proprietà grazie alla quale due o più particelle si guardano, potremmo dire, come in uno specchio; per cui se se ne tocca una, alterandone lo stato, immediatamente anche l’altra ne risente.

Immaginiamo per esempio due particelle-trottole correlate, cioè legate da entanglement, che ruotino attorno allo stesso asse ma in senso inverso. Poi immaginiamo di separarle e di portarle ai lati opposti della Galassia. Quindi cambiamo l’asse di rotazione di una delle due… che cosa succederà all’altra? Se le particelle sono rimaste correlate, anche l’altra cambierà il suo asse, per continuare a ruotare in senso opposto all’altra. E il cambiamento sarà istantaneo, come se le due comunicassero tra loro rompendo il limite della velocità della luce. In realtà si può dimostrare che, nonostante questa proprietà, due osservatori che usino le due particelle per comunicare tra loro non potranno mai scambiarsi informazioni a velocità superiori a quella della luce. E quindi la relatività resta valida, senza contraddizioni.

L’entanglement è una proprietà che non ha analoghi nel mondo classico. Però, osservando le immagini di me e degli altri visitatori riflesse negli specchi dei calidorami non posso fare a meno di pensare alla relazione che attraverso questa esperienza si stabilisce tra me e loro. Siamo parte della stessa realtà, legati gli uni agli altri dalla compresenza in un’opera che ci include tutti nel prendere forma essa stessa.

Esperienza 5. Tutto è relazione

E arriviamo così all’ultimo punto, messo in evidenza dal fisico Carlo Rovelli nel suo ultimo libro, Helgoland (Adelphi). E cioè l’idea che, nella realtà di cui facciamo parte, quello che conta non sono tanto le cose, quanto le relazioni. Questo è un punto di vista detto “relazionale”, che nasce per risolvere la dicotomia tra osservatore e osservato di cui abbiamo detto in precedenza. Scrive Rovelli in Helgoland: «Pensiamo il mondo in termini di oggetti, cose, entità: un fotone, un gatto, un sasso, un orologio, un albero, un ragazzo, un paese, un arcobaleno, un pianeta, un ammasso di galassie… Questi oggetti non stanno ciascuno in sdegnosa solitudine. Al contrario, non fanno che agire l’uno sull’altro. È a queste interazioni che dobbiamo guardare per comprendere la natura, non agli oggetti isolati (…). Invece di vedere il mondo fisico come un insieme di oggetti con proprietà definite, la teoria dei quanti ci invita a vedere il mondo fisico come una rete di relazioni di cui gli oggetti sono i nodi». Dunque non esiste più il confine tra osservatore e realtà: quello che conta sono le interazioni, e tutto interagisce con tutto. Fino ad arrivare alla conclusione estrema, che verosimilmente troverebbe d’accordo Olafur Eliasson: «Non ci sono proprietà al di fuori delle interazioni».

Link e approfondimenti

L’intervista alla curatrice della mostra su Olafur Eliasson al Castello di Rivoli, Marcella Beccaria.
• Il sito ufficiale di Olafur Eliasson e quello della mostra Olafur Eliasson: Nel tuo tempo a Firenze.
• L’articolo di Josway sul paradosso dell’informazione.
• Alcune parole di Paul Dirac su matematica e bellezza.
Un articolo del New York Times sul principio olografico e la “Macarena” dedicata a Juan Maldacena.
• L’articolo sull’entanglement e sul libero arbitrio.
• Carlo Rovelli spiega l’interpretazione relazionale della meccanica quantistica attraverso l’opera dell’artista Cornelia Parker.
• Il libro Helgoland (Adelphi) di Carlo Rovelli.
• L’articolo sull’autorefenzialità di Furio Honsell.

 

Calvino e la complessità 1: il tutto è più della somma delle parti

Marco Polo descrive un ponte, pietra per pietra. «Ma qual è la pietra che sostiene il ponte?» chiede Kublai Kan. «Il ponte non è sostenuto da questa o quella pietra − risponde Marco, − ma dalla linea dell’arco che esse formano». Kan rimane silenzioso, riflettendo. Poi soggiunge: «Perché mi parli delle pietre? È solo dell’arco che m’importa». Polo risponde «Senza pietre non c’è arco».

(Italo Calvino, Le città invisibili)

 

Oggi in Italia si parla molto di sistemi complessi, soprattutto da quando nel 2021 il fisico Giorgio Parisi ha vinto il premio Nobel “per la scoperta dell’interazione tra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici dalla scala atomica a quella planetaria”. Parisi, difatti, è uno dei padri della moderna teoria della complessità.

Non tutti sanno che anche Italo Calvino (1923-1985), di cui quest’anno ricorre il centenario della nascita, si è mirabilmente ispirato ad alcuni concetti chiave di questa teoria, di cui aveva addirittura anticipato alcuni aspetti. Calvino aveva infatti una solida preparazione scientifica in vari campi, dall’astronomia alla fisica, dalla genetica alla teoria dell’evoluzione. E aveva letto con attenzione alcuni dei libri più influenti della sua epoca nel campo della scienza della complessità, come La nuova Alleanza di Ilya Prigogine (premio Nobel per la chimica nel 1977) e Isabelle Stengers e Gödel, Escher, Bach di Douglas Hofstadter, che Calvino citò due volte nelle Lezioni Americane.

In questa miniserie di Josway, composta da tre puntate, ripercorriamo altrettanti esempi che ci sembrano significativi e che toccano i seguenti temi: 1) il tutto è più della somma delle parti (questo post); 2) l’effetto farfalla; 3) come l’ordine può emergere spontaneamente dal “caos”.

Oltre le apparenze

Cominciamo dunque con questo dialogo immaginario fra Marco Polo e l’imperatore dei tartari Kublai Kan, tratto dalle Città invisibili. Le Città invisibili è un libro nato da appunti sparsi con brevi, talvolta brevissime, descrizioni di città fantastiche: città sognate o immaginate ispirandosi a città vere o ispirate da narrazioni. Una raccolta di racconti brevi che Calvino lega fra loro mediante una meta-narrazione scritta in corsivo, formata dai dialoghi fra il viaggiatore veneziano e Kublai Kan. Il dialogo tra i due nasce dal desiderio di Kublai Kan di conoscere il suo impero, che gli sfugge per la sua vastità. L’imperatore interroga allora Marco Polo, chiedendogli di descrivere le città che ha visitato durante i suoi movimenti. Ben presto nasce poi l’esigenza di conoscere più a fondo i luoghi non solo attraverso le descrizioni, ma anche mediante ragionamenti logici, deduttivi, per cogliere aspetti meno evidenti, pregi e difetti che vanno oltre le apparenze.

La forza dell’arco

Nel frammento di dialogo che qui proponiamo, Calvino offre un’efficace descrizione di una delle idee fondanti della teoria della complessità, quella secondo cui il tutto è più della somma delle parti. Un arco, in quanto tale, ha infatti alcune proprietà di natura macroscopica, o globale, che non fanno parte degli elementi che lo compongono; ma che nascono da tante piccole interazioni su scala locale. È quello che succede anche con il clima, che è condizionato da tanti eventi locali ciascuno dei quali sembra di per sé ininfluente; ma messi tutti insieme possono avere effetti significativi e a volte imprevedibili (infatti gli altri due scienziati che hanno vinto il Nobel per la fisica insieme con Parisi, Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann, sono stati premiati per i loro studi sul clima).

Sfondare le pareti

Calvino non lo poteva sapere, ma gli archi sono strutture che si formano spontaneamente anche in alcuni sistemi complessi come i mezzi granulari, generando talvolta problemi di rilievo. I mezzi granulari sono sostanze come polveri, sabbie, cereali. Quando i grani che compongono questi mezzi sono in movimento, si comportano in genere come gas ideali. Quando invece sono fermi, hanno comportamenti più complicati che dipendono dalla loro forma e dalle loro dimensioni. Quello che, nella pratica, succede nei mezzi granulari che si trovano in un contenitore è che si formano archi o volte che scaricano la pressione in modo disomogeneo. La posizione, la forma e il numero di queste strutture sono casuali, per cui svuotando il contenitore e riempiendolo nuovamente gli archi si formano in modo diverso. Ma in ogni caso le fluttuazioni di pressione ci sono e possono essere molto grandi, fino a rompere le pareti del contenitore. Questo è un problema, per esempio, per i silos di cereali, tanto che soltanto negli Stati Uniti si verificano circa mille esplosioni di questo tipo all’anno.

(ha collaborato Andrea Parlangeli)

 

 

Link e approfondimenti

  • Il libro Le città invisibili di Italo Calvino (Einaudi).
  • Le altre puntate su Calvino e la complessità su Josway.
  • Il libro La nuova Alleanza di Ilya Prigogine e Isabelle Stengers.
  • Il libro Gödel, Escher, Bach di Douglas Hofstadter.
  • I mezzi granulari sulla Treccani.

 

 

Il meglio di Josway nel 2022

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Cari lettori,

nell’augurarvi un felice 2023, vorrei salutarvi facendo il punto sul 2022 appena trascorso.

Il suono della scienza

L’anno si è aperto con un post sulla sonificazione di Andrea Capozucca, Il suono nascosto della realtà, che offre una ricca rassegna di esempi in cui i dati sono tradotti in suoni per comprenderne più a fondo il significato. L’articolo è stato visualizzato 999 volte… spero dunque che si possa arrivare alle quattro cifre dopo questa mail. Sempre Andrea ha pubblicato, subito dopo, una ricca intervista in due puntate a Wanda Díaz-Merced, astronoma indicata da BBC come una delle 7 pioniere della scienza moderna. In seguito a questa intervista, Wanda è stata poi ospite del Festival della scienza di Fermo e del Festival della scienza di Genova.

La grande bellezza

Sempre a gennaio, Sandra Lucente ci ha accompagnato tra le geometrie di Castel del Monte (2.634 visualizzazioni), un luogo ricco di simboli e di significati, che come pochi altri stimola l’immaginazione. Giorgio Scozzafava, invece, ci ha fatto scoprire alcuni angoli di Roma, tra cui la Fontana dell’Acqua Paola dove sono state girate le prime scene del film La grande bellezza di Paolo Sorrentino.

L’ultima foto di Venezia

Febbraio ci ha regalato una meravigliosa immagine di storni in volo, premiata dalla Nasa, e le indimenticabili emozioni dell’aurora boreale. Abbiamo raccontato con un fumetto dell’ex ingegnere statunitense Jorge Cham la sonda della Nasa Parker Solar Probe, il primo manufatto umano ad aver toccato l’atmosfera esterna del sole. Poi abbiamo incontrato il fotografo Mario Peliti, che ci ha raccontato come sta documentando gli ultimi respiri – ahimé – di Venezia. E sempre a Venezia abbiamo intervistato Anish Kapoor in occasione dell’apertura della sua duplice mostra, a Palazzo Manfrin e alle Gallerie dell’Accademia, in cui per la prima volta ha presentato opere realizzate in Vantablack.

Pi greco

Il 14 marzo, meglio noto ai matematici come 3.14 o “giorno di pi greco”, abbiamo immancabilmente riproposto il post di Furio Honsell sul numero trascendente più celebrato di tutti i tempi. E siamo stati in un monastero buddista per imparare i segreti della meditazione zen (curiosamente, è una tecnica di interesse per i manager, così come l’apnea)

Elon Musk, Donald Trump e la guerra dei social network

Ad aprile ci siamo proiettati, con il rover Perseverance, sulla superficie di Marte. Mentre, a maggio, Carlo Rovelli ci ha portato all’interno di un buco nero con un’inedita intervista sul paradosso dell’informazione. Sempre a maggio, in un post molto attuale su Elon Musk, Donald Trump e la guerra dei social network, Pietro Battiston ha toccato molti temi che ha approfondito in una serie di cinque puntate sulla scienza delle reti. Nei suoi post, Battiston ha parlato più volte di fake news; a novembre Massimo Polidoro ci ha svelato come smontarle, dialogando con i negazionisti.

In hotel, nel Metaverso

Ancora non vi basta? Siamo stati nel primo hotel del metaverso, nel museo del grande pennello Cinghiale, nei borghi più belli d’Italia, nel luogo più santo di Roma. E Maurizio Levi ci ha portato con i suoi ricordi e con le sue foto tra gli Himba della Namibia e tra le rovine di Berenice Pancrisia, il leggendario Eldorado degli Egizi.

Senza respiro

Nell’ultima parte dell’anno, abbiamo commentato il Nobel per la fisica di quest’anno, assegnato al complesso fenomeno dell’entanglement quantistico, che lo stesso Einstein aveva definito “spooky action at a distance”. Abbiamo incontrato David Quammen ­­– il celebrato autore di Spillover (Adelphi) ­che anni fa aveva profetizzato l’arrivo di una pandemia di un nuovo coronavirus proveniente dalla Cina – in occasione dell’uscita del suo nuovo libro Senza respiro (Adelphi), sull’origine e sull’evoluzione del Covid 19. E, in seguito a un recente esperimento che ha anche risvolti militari, abbiamo fatto il punto sulla fusione nucleare.

Arte, ottica e neuroscienze

Per il filone Arte&Scienza, siamo stati nel sito di Virgo, a Pisa, a visitare l’installazione di land art interattiva Frange di interferenza. In ascolto del cosmo. E siamo stati al Castello di Rivoli per la mostra Orizzonti tremanti di Olafur Eliasson, ricca di suggestioni e di spunti legati alle leggi dell’ottica e alle neuroscienze, di cui ci ha parlato la curatrice Marcella Beccaria.

La scienza di Dante

A fine anno abbiamo inaugurato anche una nuova sezione di Scienza&Letteratura, con un articolo di Italo Bischi sul programma di divulgazione scientifica di Dante Alighieri (sorprendentemente attuale!), impreziosito da un’illustrazione di Giorgia Gigì. Presto ne seguiranno altri sulla scienza nella Divina Commedia, il programma è già tracciato.

Addio, Stavros

L’anno si chiuderebbe qui nel migliore dei modi, proiettandoci in un futuro ricco di promesse. Purtroppo, non posso fare a meno di ricordare un amico che nei mesi scorsi ci ha lasciato, l’ex direttore dell’European Gravitational Observatory (Ego) di Pisa, la struttura che gestisce il rivelatore di onde gravitazionali Virgo. Ci lascia in eredità il suo ricco pensiero, in particolare sul rapporto tra arte e scienza, di cui ci resta una lunga intervista e un’interminabile quantità di iniziative che i suoi colleghi di Ego si stanno impegnando a portare a termine.

La gloria del leone

Vorrei però concludere con leggerezza, ironicamente potremmo dire “in gloria”, ricordando il post degli anni passati che più di tutti ha riscosso successo. Indovinate qual è? Posso solo svelare che, con le sue 7.584 visualizzazioni, fa davvero la parte del leone.

Buon anno a tutti!