sabato 2 febbraio 2019

Novità sulla fusione fredda: la realtà supera ogni immaginazione

Andrea Rossi ha presentato la sua "incredibile" invenzione. Incredibile, appunto...


Il 31 gennaio Andrea Rossi ha presentato al "mondo" la sua invenzione, l'ECat SK, un oggetto che, secondo le specifiche da Rossi stesso divulgate, dovrebbe produrre energia 57 volte superiore a quella che viene introdotta, senza emissioni di CO2, producendo una potenza di 22 kW (chilowatt). Praticamente la potenza necessaria a mandare avanti una palazzina con 6 o 7 appartamenti.

L'oggetto dovrebbe funzionare tramite un processo fisico sostanzialmente sconosciuto, che viene genericamente chiamato "fusione fredda". Nonostante molti abbiano tentato di replicare i famosi risultati di Fleischmann e Pons del 1989, nessuno è mai riuscito a ottenere nulla di concreto. La storia della fusione fredda, senza entrare troppo nel tecnico, è riassunta in modo corretto qui.

La storia di Rossi e del suo ECat (Energy Catalyzer) è peculiare, e la si può leggere ad esempio qui e qui. E' una storia costellata da annunci roboanti poi rivelatisi bufale, tentativi falliti, e anche eventi esilaranti e paradossali. In rete c'è un nutrito gruppo di aficionados, e un gruppo Facebook dedicato, frequentato da sostenitori di Rossi provenienti da varie parti del mondo. In questi ultimi due o tre anni, molti ricercatori indipendenti, come si chiamano oggi, si sono cimentati nella fusione fai da te, cercando di replicarla. In pratica ciò che tutti fanno è prendere un contenitore, che vorrebbe essere il "reattore", e riempirlo di sostanze varie (Rossi non ha mai detto chiaramente cosa contenesse il suo reattore), e poi dargli corrente, e osservare cosa salta fuori. Nella maggioranza dei casi non succede nulla, ma in alcuni casi la temperatura sale, prima di fare un piccolo botto e rompere tutto. Agli occhi dei fan, questa è la prova della fusione fredda che si instaura. Un esempio tragicomico di questi tentativi di repliche è raccontato in un articolo di questo blog.

Comunque, dopo anni di roboanti quanto falsi annunci, test indipendenti che indipendenti non erano, promesse pubbliche, partnerships che venivano siglate e poi venivano rotte, e cause legali per svariati milioni di euro, il 31 gennaio 2019, per i fan della Rossi cold fusion, sembrava essere il grande giorno, il giorno in cui il mondo avrebbe finalmente visto il futuro dell'energia diventare reale: la presentazione dell'ECat SK funzionante, pronto per essere commercializzato. Un'invenzione che da sola prometteva quindi di risolvere in un colpo solo il problema energetico mondiale, e quello dei cambiamenti climatici.

Già alcune ore prima, in rete erano tutti pronti per la diretta, con il conto alla rovescia. Le promesse erano quelle di far vedere funzionante un oggetto grossomodo delle dimensioni di un microonde, che va attaccato alla normale spina di casa, e che produce in uscita una potenza di decine di kW. Ma la cosa veramente sorprendente era che al suo interno il "reattore", che ha le dimensioni di un cilindretto di una quindicina di centimetri di lunghezza, avrebbe raggiunto una temperatura di circa 10000 (diecimila) gradi, praticamente il doppio della temperatura superficiale del sole.

E già ti vengono in mente due considerazioni. La prima è che c'è gente che protesta perché non vuole la Tap, un tubo che trasporta gas a svariate centinaia di metri sottoterra, e poi magari si piazzerebbe in casa un oggetto in cui nessuno ha mai nemmeno guardato dentro per vedere come è fatto, che produce una reazione nucleare di tipo sconosciuto e che nessuno ha mai testato se non colui che lo mette in vendita, e che produce al suo interno una temperatura che è due volte quella del sole. Voglio la lista di chi lo comprerà, e poi li vado a cercare uno per uno, e se poco poco ne trovo uno che è contro gli Ogm o contro le vaccinazioni, gli faccio ingoiare una cisterna di olio di palma con l'imbuto.

La seconda cosa che ti viene da dire è che se all'interno di questo oggetto si raggiungono 10000 gradi di temperatura, per un oggetto delle dimensioni di un cacciatorino, e dato che tutta la scatola che lo contiene è larga appena una trentina di centimetri, la vera invenzione epocale è il materiale coibentante, che non lascia passare niente e ti scherma da 10000 gradi a temperatura ambiente nello spazio di qualche centimetro!

Comunque, veniamo alla presentazione dell'oggetto che dovrebbe cambiare il futuro dell'umanità, risolvendo per sempre il problema dell'approvigionamento di energia e del riscaldamento globale.

Inizia la proiezione, e subito dici "ma che cazz...!" Vengono fuori infatti due pupazzi tipo Muppets, uno è Rossi e l'altro è Galileo. I due pupazzi dialogano, e capisci che il nostro si paragona a Galileo Galilei, che ha sfidato il potere ufficiale con scoperte definite all'epoca eretiche.  E scusate la modestia.

Finiti i Muppets, sopra un sibilo costante da messaggi dallo spazio profondo, ecco i tamburi della sigla di 2001 Odissea nello spazio, tanto per dare solennità alla cosa. Subito dopo sullo schermo compare un affare coperto di un telo nero, e comprendi che la sotto c'è lui, il mitico ECat! Lo sfondo e l'ambientazione sono quantomeno casarecci: inquadratura sghemba, le mattonelle sono quelle di casa, un paio di fili che spuntano fuori, e una tenda che ti immagini nasconda il nonno che sta guardano la tv. E già ti chiedi: ma chi è il genio della comunicazione che gli ha curato l'evento? Lo sceneggiatore di Alex l'ariete, l'imperdibile unico film in cui recita Alberto Tomba?



Subito dopo entra in scena un tipo, che si vede solo dalla vita in giù (poi si rivelerà essere Rossi stesso), e che con la teatralità di Silvan quando scopre Raffaella Carrà di nuovo intera dopo averla tagliata in tre pezzi, svela finalmente al mondo l'ECat SK in tutto il suo fulgido splendore. 

Le sembianze sono quelle di una colonnina per bere, di quelle che trovi a metà dei corridoi negli uffici. Dalla colonnina esce un filo sottile (dubito che terrà i 22 KW previsti), sopra ci sono un pulsante di arresto generale (sarà collegato a qualcosa?), un paio di scatolette, e niente altro. Il tutto, dice Rossi, è controllato da remoto dall'azienda via internet. Non specifica cosa succede se va giù la rete e ti va in palla la reazione nucleare.


E poi l'inquadratura. Madonna, l'inquadratura è pazzesca! Sghemba, storta, non mostrerà mai, per tutte le 2 ore e 30, tanto è durato l'evento, il volto di Rossi, mostrandoci soltanto la sua zona pelvica. Cosa di cui, francamente, avremmo anche fatto a meno. Manco fosse Rocco Siffredi, che almeno qualcuno ci avrebbe trovato un motivo di interesse.

E poi Rossi, che ha la voce da cavernicolo, perché - si scusa - ha la raucedine. Che sfiga però! Presenti in diretta al mondo l'invenzione del secolo, curi tutto nei minimi dettagli, ti affidi al fior fiore degli esperti di comunicazione, e poi ti va via la voce! Di peggio poteva esserci solo che gli veniva il caghetto, e ogni tanto era costretto a assentarsi dicendo: "sorri, bat ai ev tu go tu de batrum".

La voce fuori campo annuncia che l'ECat SK è disponibile per applicazioni industriali da adesso! Via alle telefonate, insomma. Il video dell'intera presentazione, che per verve e capacità di attirare l'interesse, in confronto l'Albero degli Zoccoli è Fast and Furious, è visionabile qui. Dateci un'occhiata, e vedrete che non mi sto inventando niente, né sto esagerando.

Il commentatore aggiunge anche che questo video non è una presentazione, ma ha scopo commerciale.  With compliments! E pretendi che qualcuno resti positivamente convinto all'acquisto (tra l'altro, il prezzo non mi sembra sia stato menzionato), dopo aver visto un video così? Che la televendita di spremiagrumi su Tele Montelupone in confronto rappresenta lo stato dell'arte in fatto di tecniche di persuasione?

Però Rossi rassicura tutti dicendo che - giuro - "we guarantee to our clients" che è tutto vero e che le specifiche sono giuste. Roba da matti. Non riesco a credere a quello che vedo. Questo Rossi l'ha menata per anni con "The impossible invention", così si intitolava un libro a lui dedicato, e poi se ne esce con una televendita della peggior specie, con telecamera fissa e immagine sghemba, in cui la prova è che garantisce lui che tutto funziona?

Ah, tralascio poi che in un paio di occasioni parla di potenza di tot Volt. Voglio essere buono, e voglio credere che sia l'emozione che gli fa dire Volt al posto di Watt.

A un certo punto viene mostrata l'immagine del reattore, ripreso da una telecamera posta all'interno del baracchino. La temperatura del reattore è quasi 10000 gradi (8000 e qualcosa, si vede che era un po' giù di voce come Rossi). Praticamente appare come un blob bianco, privato di qualunque dettaglio, e quindi di nessuna informazione. La voce fuoricampo dice che Rossi la chiama "ballerina", e che lui è "fell in love with it". E parte una musica languida coi violini che va avanti per un minuto buono, su immagine fissa del blob incandescente, alias ballerina. Roba da prendere il mitra e sparare allo schermo.

E poi c'è il capolavoro dei capolavori. Viene mostrata la strumentazione, tra cui una bilancia, che serve a dimostrare che l'oggetto, il reattore, non cambia di peso durante l'operazione. Che ti aspetti una misura precisa, insomma, qualcosa di professionale, e quindi uno strumento di precisione. E invece la bilancia è una di quelle per pesare la pasta, con la lancetta di plastica che non sai dire se è su una tacca o sull'altra, e che se togli i fusilli e poi li rimetti è garantito che ti legge almeno 20 grammi di differenza rispetto a prima. Tra l'altro la scala va da 0 a 300 (pounds), e la lancetta è attorno ai 20, quindi non è nemmeno nel range di maggiore precisione della bilancia, che tipicamente è quello centrale, come si impara in qualunque corso base di laboratorio. No comment.

E quando credi di aver visto il peggio, ecco che arriva l'apoteosi: la spiegazione tecnica.

Che uno direbbe ingenuamente che per una invenzione del genere avranno preparato delle slide leccatissime. Saranno stati giorni e giorni a preoccuparsi del font, dello stile, e di ciò che c'è scritto, pensi. Anche se dopo questo video, qualche sospetto sul fatto che non sarà così un po' ce l'hai. E infatti la presentazione tecnica è una serie di scarabocchi storti fatti a mano, cancellature, correzioni col bianchetto, il tutto su un normalissimo fogliaccio di carta.

Una parte della descrizione tecnica, per la quale è stato utilizzato un innovativo programma grafico.
Maporcaputtanaporca! Ma quest'uomo è scemo o ci fa? Ma si può? E per fortuna che criticavano la Gianotti che per presentare la scoperta del bosone di Higgs ha usato il Comic Sans! Ma neanche ricopiarle su un foglio in bella? Pure le cancellature, le sbianchettature, addirittura! No, qui siamo oltre l'immaginabile. Come può pensare quest'uomo che uno si compri il suo trabiccolo così, a scatola chiusa, quando questo è il livello di professionalità del suo inventore e dell'azienda che c'è dietro?

Poi, sempre per voce di Rossi stesso, si apprende che quelle che mostrerà sono stime dell'energia prodotta. Stime?!?!?!?! Mi vuoi dire che tu mi stai mettendo in vendita quest'oggetto su cui lavori da anni, e in tutto questo tempo non hai fatto neanche un cazzo di MISURA dell'energia che è in grado di produrre, o della sua potenza? Tutta questa pagliacciata per presentarmi delle STIME? Su un oggetto che, scusate se mi ripeto, ma mi sembra un filo importante, se funziona lo fa grazie a un processo ignoto, da nessuno mai misurato in alcun modo.

Tra l'altro, giusto per scendere un attimo nel merito, le stime della potenza dell'ECat si basano sullo spettro della luce emessa dal reattore. Dalla lunghezza d'onda della luce, assumendo che il reattore sia assimilabile a corpo nero, si può stimare la temperatura, e dalla temperatura si può stimare l'energia emessa. Ma il punto è che innanzitutto lo spettrometro ha una sensibilità diversa da frequenza a frequenza, che necessita di opportune correzioni, che Rossi ha ignorato (e considerato il livello della strumentazione mostrata, dubito che Rossi abbia usato strumenti sofisticati e ben calibrati). E poi la potenza prodotta dipende dalla temperatura alla quarta potenza. Questo significa che un errore anche piccolo nella misura della temperatura si traduce in una grossa incertezza nell'energia stimata. Tutte cose che Rossi non ha minimamente menzionato. E poi lo spettro che Rssi ha mostrato è tutto meno che uno spettro di corpo nero! Quindi il calcolo effettuato è del tutto privo di senso.

Il modo corretto per misurare l'energia rilasciata sarebbe stato quello di effettuare un'accurata misura calorimetrica, cioè una misura del calore direttamente prodotto, e non una stima indiretta, come invece Rossi ha fatto. Insomma, bisogna prendere atto che, anche passando sopra la totale mancanza di professionalità, Rossi non ha fornito alcuna vera prova inoppugnabile del fatto che l'ECat sia quello che promette di essere. Che dopo anni di proclami e - a quanto dice - misure, se ne esca con una semplice stima della potenza erogata, peraltro affetta da grosse incertezze, e non invece con una solida misura, la dice lunga sul suo dilettatismo. Supponendo, in un gesto di estrema bontà, che si tratti di dilettantismo...

Infine, dopo 40 minuti di presentazione, partono le domande, con la telecamera sempre fissa sulla zona pelvica di Rossi the Pelvis.

Le domande sono del tipo: "ma si potrà usare per impianti agricoli? (ovviamente sì!), dove vedi l'ecat fra 10 anni? (non ho la crystal ball, risponde Rossi, nel cassonetto dell'indifferenziato, rispondo io).

Dalle risposte si apprende che "cerca partner". In pratica cerca qualcuno da gabbare per spillargli un po' di soldi. Qualcuno chiede se le agenzie di assicurazione alzeranno il prezzo dei contratti assicurativi per le aziende che utilizzeranno l'ECat, dato che è una tecnologia nuova. E Rossi risponde che "no, non vedo perché dovrebbero farlo". Eh certo, ti metti in azienda soltanto un reattore nucleare che afferma di essere caldo all'interno il doppio del sole, e che nessuno ha mai testato perché non si può aprire, perché mai quelli delle assicurazioni dovrebbero cautelarsi!

Poi uno chiede se si può utilizzare per le abitazioni, e la risposta è che non ha avuto l'autorizzazione. Ma va? Ma che strano! Ma come, vuoi che alla riunione del condominio non accettino all'unanimità che quello del secondo piano si metta in salotto un affare che dentro fa 10000 gradi?

Ma la cosa sorprendente in tutto questo delirio è che nessuno abbia fatto LA domanda, cioè abbia chiesto in che modo, da questa presentazione, si possa evincere che l'ECat SK funzioni. Perché Rossi in realtà non ha mostrato nulla. Avrebbe almeno potuto far bollire dell'acqua, far girare un motore, una ruota, sollevare dei pesi (che poi con 22 kW altro che bollire l'acqua, ci mandi avanti 20 ferri da stiro contemporaneamente!). Invece niente. Rossi non ha mostrato nessuna energia in uscita, ma solo una stima della potenza prodotta, su un fogliaccio pieno di cancellature. Nulla che sia in grado di convincere un eventuale acquirente che non sia scemo. Oltre a essere stato incredibilmente dilettantesco e pressappochista.

E per finire, sono andato a leggere i commenti dei suoi sostenitori in rete, espressi a botta calda. Bisogna dire che, in effetti, molti sono rimasti delusi, e uno ha perfino auspicato che lo arrestassero per truffa! Ma è stato bannato subito. Eh sì, perché il sostenitore di Rossi, come il sostenitore di tutti i ciarlatani, non vuole in realtà capire, ma solo credere.

E quindi, il giorno dopo questa esilarante presentazione dell'oggetto che prometteva di cambiare il mondo, si leggono cose del tipo:
 

Evabbuo', direbbe Schettino.


martedì 8 gennaio 2019

Come sarà il mondo fra 100 anni?

Nel 1899 alcuni provarono a immaginarlo. E sbagliarono alla grande


Nel 1899,  in preparazione per l'esposizione universale di Parigi del 1900, fu chiesto ad alcuni artisti e uomini di cultura, come diremmo oggi (quelli che vanno al Maurizio Costanzo Show a parlare di cose che non sanno, per intenderci) di rappresentare in disegni come sarebbe stato il mondo nell'anno 2000. Quelle illustrazioni, che all'epoca non furono pubblicate perché la società responsabile fallì prima di stamparle su grande scala, sono comunque ancora disponibili e possono essere visionate ad esempio in questo link.

Cosa avevano immaginato, gli artisti dell'epoca, per i tempi in cui viviamo oggi?  Le immagini del futuro anno 2000 sono tutte un tripudio di pulegge, manovelle, ingranaggi, ruote dentate, ali meccaniche, scafandri da palombari. In pratica sono una proliferazione di ciò che all'epoca rappresentava la tecnologia, ovvero la meccanica. 


La meccanica, secondo i futurologi dell'epoca, avrebbe caratterizzato il mondo del futuro. Il postino ci avrebbe portato la posta senza suonare di sotto, ma accostando al balcone con un trabiccolo volante, i dirigibili bipower, come le Gilette, sarebbero stati il mezzo principe di trasporto, e il barbiere avrebbe fatto il taglio grazie a una serie di bracci meccanici.

Insomma, gli artisti del tempo non avevano affatto tenuto conto di quello che sarebbe stato il vero motore del cambiamento del mondo: l'elettricità. O meglio, l'elettromagnetismo, per usare un termine più corretto. L'elettromagnetismo che all'epoca era tutto sommato agli albori. Serviva per illuminare le  strade, ma ancora non si era compreso che sarebbe servito a qualcosa di veramente rivoluzionario: propagare informazioni. E quando l'elettromagnetismo propaga informazioni, lo fa alla velocità della luce. Altro che treni, monopattini a motore o biplani a pedali!

E' questa la vera rivoluzione tecnologica dei nostri tempi, quella che letteralmente ha cambiato le nostre vite: la propagazione delle informazioni.

Eppure all'epoca le equazioni di Maxwell, che sono alla base dell'elettromagnetismo e della propagazione della luce, intesa nel suo senso più generico, da onde radio a raggi gamma, erano già ben note. Tuttavia nessuno aveva neanche lontanamente intuito il loro potenziale. Cosa ci insegna questo?

Ci insegna che è molto difficile intuire con anticipo quali saranno le applicazioni tecnologiche e pratiche delle scoperte scientifiche. Tutto sommato a Marconi gli davano del visionario, e Einstein mai si sarebbe immaginato che la teoria della relatività generale sarebbe stata essenziale per far funzionare un oggetto che ci dice quale svolta prendere alla rotonda.

Però, allo stesso tempo, questa previsione sbagliata di come sarebbe stato il futuro ci insegna che la ricerca scientifica è il motore dell'innovazione, un ingrediente indispensabile per cambiare in meglio il mondo. Sembrerebbe un'ovvietà, ma ancora oggi, ogni volta che ci si trova di fronte a una scoperta scientifica di cui non si intravedono immediate ricadute pratiche, ecco che saltano su i commentatori da divano a chiedersi a cosa mai potrà servire, e che è una spesa inutile di denaro pubblico, con tutte le cose più importanti da fare, sciorinando tutto il corredo di ordinanza di scemenze che si rispolverano in questi casi. Sempre ammesso che il cellulare gli prenda la rete!




martedì 18 dicembre 2018

Comunicare con gli alieni

Una doverosa premessa: alcune delle cose che leggerete qua sotto le ho imparate da un collega e amico, l'astrofisico Sandro Bardelli, che ringrazio per avermi portato a conoscenza di certi gossip.  I commenti e le considerazioni sono invece soltanto miei.

L'argomento è come comunicare con gli alieni. Supponiamo che da qualche parte nell'universo ci sia qualche civiltà aliena capace di intendere e di volere, e che conosca le basi dell'elettromagnetismo, tanto da saper costruire antenne ricetrasmittenti: potremmo comunicare con loro? E soprattutto, cosa gli diremmo?

Intanto c'è un problema di tempi. Della serie "cogli l'attimo". Per capirci, se una civiltà aliena tecnologica relativamente vicina a noi, diciamo 10 anni luce, avesse mandato un messaggio in giro per la galassia mettiamo 150 anni fa, noi non ce ne saremmo accorti, perché all'epoca le equazioni di Maxwell, ovvero le basi dell'elettromagnetismo, ancora non si trovavano nemmeno sui libri di scuola. Quel messaggio, inviato sotto forma di onda elettromagnetica, sarebbe passato sulla terra completamente ignorato dagli umani dell'epoca. E quindi magari potrebbe accadere anche a noi una cosa del genere: troviamo un pianeta promettente, con l'atmosfera giusta, le dimensioni giuste, la distanza giusta dal suo Sole, gli mandiamo un segnale del tipo "ciao, noi amici, noi volere sapere come voi fatti" (con gli alieni conviene parlare all'infinito, evitando futuri anteriori e trapassati prossimi per facilitare la comprensione), e loro invece magari sono ancora lì a smazzolarsi con le clave, o a posizionare pietroni di granito da 200 tonnellate uno sopra l'altro per sapere che giorno è.

L'alternativa più probabile, allo stato attuale delle cose, è invece che ci sia qualcuno capace di ricevere il messaggio, ma che non risponda, perché dopo 20 anni di Radio Maria hanno bannato tutte le frequenze provenienti dalla terra, come si fa con quelli che ti vogliono vendere i filtri dell'acqua per il rubinetto,  che dopo la prima volta che ti chiamano registri subito il numero nella blacklist del cellulare, e non rispondi più. 

Inoltre il punto è: quanto vive una civiltà tecnologica? Noi lo siamo più o meno da un centinaio di anni. Ma ci saremo fra, mettiamo, 500 anni? 1000 anni? O avremo esaurito tutte le risorse del pianeta? Io, onestamente, non me la sento di scommettere sul futuro dell'umanità in un tempo maggiore del secolo. Invidio gli ottimisti, in questo senso. Quindi può darsi che il messaggio, seppure in linea di principio comprensibile da una presunta civiltà aliena, arrivi (o magari CI arrivi) troppo tardi quando ormai quella civiltà si è estinta o comunque ha altri problemi più seri che captare frequenze in giro per l'universo.

E poi una conversazione con un extraterrestre fatta in questo modo non sarebbe proprio agevole. La nostra galassia, tanto per restare vicino casa, ha un diametro di 100000 anni luce. Vuol dire che se inviamo un segnale da un lato all'altro della galassia, questo ci mette 100000 anni ad arrivare. Ma senza andare così distante, supponiamo che ci sia qualcuno a 20 anni luce da noi. Inviamo il segnale: "pronto, mi senti? C'è qualcuno? Passo" (è importante dire "passo", altrimenti c'è il rischio che gli alieni stiano li ad aspettare che la frase sia conclusa, e non ti rispondono). Passano 20 anni, e gli alieni rispondono. Però la loro risposta arriva dopo altri 20 anni, cioè 40 dal nostro invio. A quel punto captiamo: "zxcrzz sxzzzcr scusi può ripetere? Il segnale è crzcrzurbato! Passo.". Insomma, non ne verrebbe fuori un dialogo molto articolato.

Altro aspetto interessante è che tipo di segnale inviare agli eventuali alieni, che in pratica significa anche chiedersi che caratteristiche potrebbe avere un eventuale segnale inviato da alieni. Innanzitutto, inviare segnali in tutte le direzioni implicherebbe disporre di una potenza stratosferica, e quindi bisognerebbe decidere a priori in che direzione inviare il segnale, scegliendo stelle promettenti, che quindi potrebbero avere pianeti promettenti per la vita intelligente.

E poi che frequenza usare per non confondersi con il fondo? L'universo è pieno di radiazioni elettromagnetiche di tutti i tipi. Non solo, l'interazione del segnale inviato con la materia che incontrerebbe lungo il percorso potrebbe modificarlo, assorbirlo, attenuarlo, diffonderlo etc, con il risultato di non farlo arrivare a destinazione.

Gli astronomi hanno individuato la frequenza ideale di 1,420 GHz, che è la frequenza dell'idrogeno neutro. Questa frequenza corrisponde a una lunghezza d'onda di circa 21 cm, e è quella che viene assorbita o emessa dall'idrogeno neutro quando l'elettrone dell'atomo di idrogeno inverte il suo spin. Questa transizione energetica si chiama in gergo "transizione iperfine", e la sua frequenza (o lunghezza d'onda) è calcolata con estrema precisione dall'elettrodinamica quantistica. Questo tipo di radiazione elettromagnetica è comunemente utilizzata per identificare la presenza di nubi di idrogeno nell'universo. Questo aumenta anche la probabilità che un segnale con questa frequenza venga captato per caso. Il progetto SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) utilizza questa tecnica.

Nel 1974 venne usato il radiotelescopio di Arecibo per inviare un messaggio in codice a ipotetici alieni. Il messaggio, di 1679 bit in totale,  fu trasmesso verso M13, un ammasso globulare distante circa 25000 anni luce dalla terra. La sequenza di 0 e 1 che costituiva il messaggio era una matrice 23 × 73, che conteneva dati sulla nostra posizione nel sistema solare, la figura stilizzata di un essere umano, la forma a elica del DNA, ed il contorno del radiotelescopio stesso. La matrice 23 × 73 fu scelta perché 23 e 73 sono numeri primi, e in base a algoritmi mentali che personalmente non comprendo, questo avrebbe dovuto destare l'attenzione degli alieni nei confronti di questa serie di bit in arrivo. Il tutto, bisogna dire, non aveva pretese troppo serie, ma era una specie di tentativo simbolico.

Che non avesse pretese serie, lo si capisce immediatamente se si osserva il messaggio inviato, quando questo viene rappresentato graficamente. La matrice è quella riportata in figura. Dove c'è lo 0 è nero, dove c'è 1 è acceso. I colori sono aggiunti soltanto per evidenziare le varie figure, e non sono ovviamente presenti nel messaggio inviato. A me ricorda un gioco che avevo da bambino, una lavagnetta piena di buchi e tanti tasselli colorati da infilarci dentro, in modo da fare i disegni. Quegli svolazzi in alto rappresentano chiaramente la molecola del DNA (cos'altro potrebbe essere!), mentre l'essere umano stilizzato è ben visibile in rosso. Quello sotto, che sembra uno space invader, dovrebbe schematizzare il radiotelescopio. Che dire... Stendiamo un velo pietoso. Speriamo che mai nessun alieno riceva un simile messaggio, perché ci faremmo veramente un figurone. Se ci va bene ci risponderanno mandandoci una schermata di Tetris. Per fortuna M13 è distante 25000 anni luce, per cui una eventuale risposta se la beccheranno i nostri posteri, ammesso che ci sia ancora qualcuno in giro da queste parti. 

Comunque, nei primi anni 70, la Nasa decise di inviare ai presunti alieni dei messaggi molto più concreti e comprensibili di eventuali segnali radio, montando delle placche metalliche sulle sonde Pioneer 10 e 11, destinate ad uscire dai confini del sistema solare.  Queste placche contenevano informazioni su noi umani, e sul nostro sistema solare, che avrebbero dovuto spiegare agli eventuali alieni che avessero intercettato queste sonde, di che pasta siamo fatti.


Placca posizionata sui Pioneer 10 e 11, e destinate a eventuali alieni intelligenti.
La placca fu preparata dall'astrofisico Carl Sagan, in collaborazione con il collega Franck Drake. Essa è stata disegnata per contenere informazioni su chi siamo, da dove veniamo, e dove siamo nella galassia, metti caso che qualcuno la trovi e ci voglia contattare, o magari farci un'improvisata e venirci a trovare per Natale. Nella placca si vede, in alto a sinistra, chiarissima a chiunque, una rappresentazione schematica della transizione iperfine per inversione di spin dell'Idrogeno. Cosa altro infatti potrebbero essere quelle due palle, se non lo schema della transizione iperfine dell'idrogeno per inversione di spin? 

Più sotto, quelle righe che partono da un punto centrale, rappresentano la distanza relativa, dal centro della galassia, di 14 pulsar, il cui periodo è indicato in numeri binari su ogni trattino. Metti che trovino la placca, e metti che alcune di queste pulsar siano visibili dal loro pianeta, con opportune triangolazioni dovrebbero essere in grado di risalire (grosso modo) alla nostra posizione nella Via Lattea. Su una delle pulsar, però, si sono sbagliati, approssimando in modo non corretto il periodo, tanto per mettere un po' di pepe al problema e renderlo un po' meno banale. Insomma, il problema della Susy della Settimana Enigmistica, in confronto, è una roba da scuola materna, ma qui ci si rivogeva ad alieni che avevano almeno 7 in matematica al liceo.

Sotto, in basso, c'è il nostro sistema solare. Non in scala, né per quello che riguarda le distanze né per le dimensioni del sole e dei pianeti. Diciamo un disegnino da scuola elementare. E poi c'è Plutone, che quella volta era un pianeta, e adesso non lo è più. Tutti i pianeti e il sole sono poi disegnati in 2-D, per cautelarsi sulla possibilità che i terrapiattisti abbiano ragione. Già che c'erano potevano includerci anche i simboli astrologici dei pianeti, metti che Astra si venda anche in giro per la galassia.

Poi c'è il disegno schematizzato del Pioneer, sul quale erano appiccicate le placche. Che almeno quello, gli alieni, se non sono proprio de coccio, dovrebbero capirlo.

E infine c'è il capolavoro: il disegno di noi umani. Il clou: l'uomo e la donna. Quello che dovrebbe servire a mostrare agli alieni come siamo fatti. Che è poi quello che vorremmo sapere anche noi, se trovassimo una placca analoga su una loro astronave. Che ci frega se anche loro sanno la struttura iperfine dell'idrogeno, o quanti pianeti ci sono nel loro sistema solare. Quello che vorremmo sapere è se sono fatti come noi, se hanno 4 o 5 braccia, 3 occhi, e se le loro sembianze somigliano anche solo vagamente a quanto descritto qui.

A questo punto, Sagan e compari hanno dato veramente il meglio.

Il maschio del disegno alza il braccio, della serie "io amico!". La posizione della mano serve a mostrare il pollice opponibile, di cui noi umani siamo orgogliosissimi. Magari invece gli alieni di pollici opponibili ne hanno 6 dozzine a mano, per un totale di 15 mani, e diranno "ma che sfigati questi qua!". La donna sta dietro al maschio, leggermente in secondo piano. Muta, giustamente, come si impone alle donne quando il maschio parla. Io avrei invece messo la donna davanti, e il maschio dietro che spinge il carrello del supermercato.

I due umani, i rappresentanti delle nostre sembianze, sono nudi. Giustamente, mica potevano metterli coi pantaloni scampanati tre taglie sotto, alti e strettissimi in vita, come andavano negli anni 70!

Però... Insomma... Col maschio, secondo me, sono stati un po' di manica corta. Non vorrei dire, ma secondo me potevano azzardare un po' di più. Mica tanto, ma sminuire i maschi della razza umana in questo modo! A che pro? Anzi, io, al posto di Sagan, mi sarei un po' divertito e avrei esagerato disegnando l'uomo con una sontuosa erezione, di quelle da far impallidire John Holmes. Di quelle che poi si sparge la voce in tutta la galassia e gli alieni assumono automaticamente un atteggiamento reverenziale verso noi terrestri. Altro che struttura iperfine dell'idrogeno: sono queste le cose che fanno colpo nell'universo!

E poi nel disegno manca qualcosa. Alla donna manca qualcosa!

Su questa punto sembra che Sagan volesse metterci tutto quanto, ma non abbia avuto tempo materiale di finire il disegno. Ha disegnato la struttura iperfine, la distanza delle pulsar, Il sole con Giove e Saturno con gli anelli, il Voyager che ci gira attorno, tutti i numeri in binario, etc etc, ma quando è stato il momento di disegnare la topa della donna, non ha avuto tempo.  Doveva partire il Pioneer, il tempo stringeva e dovevano attaccarci la placca, e alla Nasa lo chiamavano di continuo per chiedergli: "Allora Carl, hai finito 'sto disegno?" E lui rispondeva, "Eeeehhh... un attimo! Mi manca di disegnare la topa alla donna, e non trovo mai il tempo!". Che poi, insomma, manco avesse dovuto disegnarci la cacciata dal paradiso terrestre! Era solo questione di farci un trattino, una righetta verticale con la penna.

Seriamente parlando (anche se non sembra), pare in realtà che alla Nasa abbiamo discusso parecchio su come disegnare i genitali ai due prototipi di umani (fonte, fonte)  e alla fine abbiano deciso di disegnare solo quello dell'uomo. Senza strafare, peraltro. Sul disegno dei genitali della donna, invece, non se la sono sentita di fare il trattino, per non offendere il senso del pudore degli alieni, e hanno lasciato tutto liscio. La giustificazione è stata che nell'arte classica i genitali li disegnavano così (fonte, fonte). Suppongo che non fossero a conoscenza di questo.

Comunque... mettiamoci un attimo nella mente di questi alieni. Già ricevono un disegno con la pulsar sbagliata, e passi. Si ritrovano un sistema solare che non ci si capisce niente, e che sembra disegnato da un bambino, e passi. Poi però si ritrovano anche una donna nuda, ma disegnata senza genitali. Se ci sommi il fatto che da anni ricevono Radio Maria, e quindi già una mezza idea su noi terrestri se la sono fatta, che figura ci facciamo? Tanto valeva metterci la foto di Sallusti e la Santanchè, a quel punto.

Questa placca con uomini e donne nudi, anche se disegnati incompleti, ha suscitato realmente polemiche e indignazione negli Stati Uniti, tanto che alcuni giornali pubblicarono l'immagine censurata, senza i genitali, e perfino senza i capezzoli della donna (fonte). Ulteriori polemiche furono anche suscitate dal fatto che i due umani disegnati sono tendenzialmente di razza caucasica (bianchi). Pare che all'inizio l'uomo dovesse essere disegnato con una capigliatura afro alla Billy Preston, ma poi alla fine hanno optato per i capelli alla David di Michelangelo.

Sulle sonde Voyager, lanciate alcuni anni dopo, è stato anche messo un disco, con incisi alcuni suoni quotidiani e musiche rappresentative di noi umani. C'è un po' di tutto: il canto delle balene e degli uccelli, il fischiare del vento, e l'alfabeto coi rutti recitato da Franco, il mio compagno del liceo. Per le musiche, si va da Bach a Chuck Berry, fino alle canzoni peruviane, quelle che ti scassano la minchia con i pifferi in tutte le piazze. Manca però Sfera Ebbasta, ma solo perché quella volta non esisteva. A Carl Sagan, per evitare ulteriori polemiche, fu impedito di inserire ulteriori immagini di nudo (fonte). Peccato, perché nel frattempo aveva trovato il tempo per finire di disegnare la topa. I Voyager e i Pioneer arriveranno in prossimità di qualche stella fra decine di migliaia di anni. Possiamo stare tranquilli che non ci incolperanno per la figuraccia.

martedì 11 dicembre 2018

Tutto (o quasi) quello che serve per scoprire il Bosone di Higgs

Questo articolo vuole raccontare in modo sintetico come funziona un moderno esperimento di fisica delle particelle. Quali sono i suoi ingredienti, e quali sono i punti di cui bisogna tener conto per fare questo tipo di ricerca. Per fare questo ho scelto un esempi concreto: la scoperta del Bosone di Higgs al Cern di Ginevra, anche se lo stesso vale per qualunque altro tipo di ricerca in questo settore.

Una teoria o un modello che ne prevedano le caratteristiche: le caratteristiche del Bosone di Higgs sono ben previste dal cosiddetto Modello Standard delle particelle elementari. Una teoria che ha avuto riscontri molto precisi nei dati raccolti da vari esperimenti in questi ultimi decenni. La particella di Higgs e le sue caratteristiche sono ben previste dal Modello Standard, esclusa la sua massa, che non è definita a priori. Esistevano dei limiti, sia teorici che sperimentali, e si sapeva che essa doveva essere superiore a 115 GeV, e probabilmente non troppo elevata, diciamo inferiore a circa 300 GeV.  La massa del bosone di Higgs è estremamente piccola se confrontata con le normali masse di oggetti piccoli del macroscopico (un granello di sabbia è 10 alla venti volte più pesante del bosone di Higgs) ma è un valore elevato nell'ambito delle masse tipiche delle particelle elementari conosciute. Ovviamente non solo ciò che è previsto dalle teorie esistenti è ricercato a LHC. Un inquadramento teorico rende solo più semplice come e dove cercare.

Calcoli teorici che prevedano quanto frequentemente il Bosone di Higgs potrebbe essere prodotto con un acceleratore, quando si fanno urtare fra loro due protoni, come avviene ad LHC. E' necessario sapere, in pratica, quanti eventi in cui è prodotto un Bosone di Higgs ci si aspetta di avere nei vari mesi di presa dati, date le condizioni di funzionamento dell'acceleratore. I pratica si vuole sapere in anticipo se l'esperimento è fattibile, e che tipo di risultato ci si aspetta dal punto di vista statistico. Con il termine "evento" i fisici delle particelle chiamano la singola collisione, e quello che accade o viene prodotto in essa.

Un acceleratore di particelle adatto. Ebbene sì, senza un acceleratore di particelle di quelli giusti non se ne fa niente. Deve avere l'energia sufficiente per produrre il bosone di Higgs, ma anche la "luminosità" giusta. Vediamo cosa vuol dire. L'acceleratore principale del Cern, oggi, si chiama LHC, che sta per Large Hadron Collider. Accelera protoni contro altri protoni in direzione opposta, a energie di 7-8 TeV (milioni di milioni di elettronvolt) nella fase iniziale (quella in cui è stato scoperto il bosone di Higgs) e 13 TeV al momento. 13 TeV è un'energia piccola se rapportata al mondi macroscopico (grosso modo quella di una zanzara in volo), ma enorme se la immaginiamo assegnata a un singolo protone (una zanzara ha almeno 10 alla 21 protoni). I parametri fondamentali di un acceleratore sono 2: l'energia a cui avvengono le collisioni, e la luminosità, che sostanzialmente ci dice quanto "buoni" sono i fasci di particelle. Una luminosità alta si traduce, in generale, in un grande numero di collisioni prodotte, e quindi permette di poter disporre di un campione statistico sufficientemente elevato. In particolare, per eventi che la teoria ci prevede essere rari, avere alta luminosità è importante. L'energia serve invece a "creare" particelle pesanti grazie alla famosa relazione fra massa e energia. Queste particelle non esistono stabilmente, e hanno alta massa (come il Bosone di Higgs) ma possono essere prodotte, anche solo per un istante (in genere poi si trasformano immediatamente in altre particelle più leggere) a partire dall'energia disponibile negli urti. Per produrre il Bosone di Higgs e per studiarne le proprietà servono quindi sia energia elevata che alta luminosità. E' per questo che, prima di LHC, tutti i tentativi di scoprirlo sono stati infruttuosi: non esistevano acceleratori con queste caratteristiche.


Un apparato sperimentale. E' un insieme di strumenti che ha il compito di svelarci (rivelare, e non rilevare) quello che succede nei miliardi di urti fra particelle che verrano prodotti, e trasformarlo in qualcosa di comprensibile ai computer, e in ultima analisi agli esseri umani. Un rivelatore di particelle è un insieme di strumenti che circonda il punto in cui i protoni si scontrano, con una struttura tipo cipolla. Ognuno di questi strumenti è finalizzato a un compito ben preciso: vedere (rivelare) le tracce delle particelle, la loro energia, il loro impulso, la loro carica elettrica, e più in generale la loro natura, cioè dirci se sono elettroni oppure muoni, o che altro. Le uniche particelle note non direttamente osservabili sono i neutrini, che per loro natura interagiscono in modo estremamente raro con la materia, e quindi non esiste nessuna ragionevole speranza che lascino traccia del loro passaggio negli strumenti dell'apparato sperimentale. La loro presenza è vista in modo indiretto, tramite energia mancante nella collisione (nell'evento). Questo ovviamente presuppone che si misuri in modo il più preciso possibile l'energia effettivamente rilasciata dalle particelle "visibili", in modo da poter stimare quello che manca.

Un trigger. Trigger significa "grilletto". Più in generale è un meccanismo che attiva una serie di altre azioni. Nel nostro caso è un sistema, un misto di elettronica e software, che ha il compito di decidere se l'urto che è avvenuto un istante prima sia degno di essere acquisito e immagazzinato nell'archivio dei dati raccolti, o possa essere scartato senza rimpianti. Il trigger da quindi lo "start" all'acquisizione dei dati (il grilletto, appunto). Il problema cruciale del trigger nasce dal fatto che il numero di collisioni che si produce a LHC è di 40 milioni al secondo. Siccome ogni collisione implica circa 1 megabyte di dati, se tutti questi dati fossero acquisiti e salvati su memoria permanente, questo implicherebbe 40 terabyte di dati al secondo, cioè un rate che non sarebbe sostenibile. La complicazione che deve risolvere il trigger sta quindi nello scremare in tempo reale i dati, e scegliere di acquisire solo quelli interessanti per un'analisi successiva.  Il punto importante è che, a LHC, la quasi totalità degli urti che si producono sono poco interessanti per le ricerche che ci si prefigge di fare. Tanto per capirci, a fronte di 40 milioni di collisioni al secondo, grosso modo solo una ogni 10 miliardi include un bosone di Higgs al suo interno. Il trigger quindi deve decidere, in tempo reale, se le informazioni appena raccolte rappresentano eventi potenzialmente interessanti, scremando il numero di eventi raccolti in modo intelligente, e riducendolo dai 45 MHz iniziali a circa 1000 Hz, ovvero di un fattore 45000. I 1000 Hz finali di eventi raccolti rappresentano un numero gestibile sia dai computer che dalle memorie esterne (quando LHC cominciò a prendere dati, nel 2010, questo numero era 100 Hz). Questo processo di scrematura veloce va fatto andando a guardare le informazioni raccolte dall'elettronica, e poi operando una veloce analisi quasi online, che non pretende di essere precisa, ma sufficientemente accurata da scartare gli eventi inutili preservando con buona efficienza quelli "giusti", in modo da ritrovarsi con un campione finale sufficientemente piccolo da poter essere trattato dallo storage, ma allo stesso tempo sufficientemente grande da includere tutto ciò che può essere interessante per l'analisi dei dati.


Un database delle calibrazioni. Le condizioni di un apparato così complesso variano nel tempo. I canali di elettronica si rompono, ci sono malfunzionamenti temporanei di vario tipo, le tensioni variano, la miscela dei gas usati è influenzata dalla pressione atmosferica e da altre condizioni esterne, il guadagno dell'elettronica non è esattamente costante. Tutto questo deve essere monitorato e archiviato, in modo da poter poi interpretare correttamente i dati raccolti.

La ricostruzione degli eventi. Questo marasma di impulsi elettrici deve essere trasformato in qualcosa di comprensibile all'essere umano: il percorso delle particelle, il loro impulso, la carica elettrica, etc. Per fare questo esistono codici software che trasformano le informazioni grezze (raw) negli eventi ricostruiti, su cui è possibile far girare gli algoritmi di analisi dati. Nel processo di ricostruzione è essenziale attingere dal database delle calibrazioni per interpretare e eventualmente correggere correttamente i dati grezzi raccolti, e convertirli in quantità fisiche su cui fare affidamento (che siano cioè affette da incertezze il più possibile piccole, e comunque valutabili).

Un programma di analisi dati. I dati vanno analizzati calcolando efficienze, valutando il fondo, scartando ciò che non serve, e producendo istogrammi.

Una simulazione. Un ingrediente fondamentale. Esistono programmi che tramite tecniche di Montecarlo simulano i processi fisici noti, e anche la produzione di particelle ipotizzate, di cui possiamo conoscere il modo in cui verrebbero prodotte. La stessa cosa è stata fatta anche con il bosone di Higgs. Questi programmi simulano il passaggio delle particelle nel rivelatore, usando una descrizione il più possibile precisa di tutta la geometria dell'apparato sperimentale, e producono un output del tutto identico a quello dei dati veri. In questo modo è possibile utilizzare il programma di analisi dei dati sia sui dati veri che su quelli simulati, in modo da effettuare utili confronti, ottimizzare il programma di selezione dei dati su quelli simulati, e valutare eventuali punti critici dell'analisi.

Uno studio degli errori sistematici. La bestia nera di qualunque misura scientifica. L'errore sistematico è quel fattore di cui non hai tenuto conto, che potrebbe inficiare la misura, alterarla, e produrre un risultato sbagliato. Mentre gli errori statistici, cioè quelli dipendenti dalle fluttuazioni del campione di dati usato, sono calcolabili in modo relativamente semplice, quelli sistematici sono tutta un'altra cosa. Possono esserci effetti subdoli, calibrazioni sbagliate, fondi non tenuti in giusta considerazione, effetti nella selezione e nell'interpretazione dei dati, che possono alterare quello che si vuole effettivamente misurare. Lo studio degli errori sistematici occupa un ruolo centrale in misure tipo la scoperta e lo studio delle proprietà del bosone di Higgs, come in tutte le altre analisi sui dati di LHC.

Uno studio "blinded" (in cieco) prima di guardare effettivamente i dati. Feynman, che di fisica se ne intendeva, diceva che "la cosa più facile è cadere vittima dei propri pregiudizi scientifici, e lo scienziato è il primo a farsi fregare". In pratica vuol dire che, se non si prendono opportune precauzioni, è possibile selezionare e interpretare i dati raccolti dando un peso diverso a quelli che supportano la nostra ipotesi, rispetto a quelli che la negano, pur restando in perfetta buona fede. Detto in parole povere, è facile inventarsi, pur senza volerlo, osservazioni di cose che in realtà non esistono, tramite opportune manipolazioni dei dati. Per cautelarsi da questo rischio concreto, la selezione degli eventi e la tecnica di analisi, per una ricerca come quella del bosone di Higgs, va decisa e "congelata" prima di guardare i dati, utilizzando la simulazione e i dati che non contengono il segnale della presenza del bosone di Higgs. Altrimenti c'è il rischio di effettuare selezioni ad hoc che rischierebbero di aumentare in modo artificioso il segnale rispetto al fondo, facendoci credere di osservare quello che invece non c'è. Per questo i dati della scoperta del bosone di Higgs sono stati "svelati" (unblinded) soltanto poco prima dell'annuncio della scoperta, e tutti i possibili effetti sistematici sono stati valutati "in cieco". E' come quando si vuole studiare l'effetto di un farmaco: se non si effettua uno studio in cieco, lo sperimentatore rischierebbe di effettuare azioni e procedure, basate sui suoi personali pregiudizi, che potrebbero seriamente influenzare i risultati della ricerca (ad esempio valutare in modo diverso un miglioramento dello stato di salute del paziente, da un peggioramento)

Un esperimento di controllo. Al Cern due esperimenti indipendenti hanno osservato il bosone di Higgs nei rispettivi dati raccolti (del tutto indipendenti fra loro) e con le stesse proprietà. Un solo esperimento che dovesse osservare qualcosa di nuovo e inconsueto, in generale non è sufficiente per trasformare questa osservazione in una scoperta da far studiare nei libri di scuola. Ci vuole sempre qualcun altro che controlli e replichi la misura. La scienza è piena di grandi scoperte che sono state smentite da esperimenti successivi. Uno fra tutti: la fusione fredda.

Una grande quantità di ricercatori, soprattutto giovani. Per far funzionare esperimenti così complessi ci vogliono migliaia di persone. Chi costruisce l'apparato sperimentale e controlla che funzioni a dovere, chi si occupa della presa dati, del processamento dei dati, e dell'analisi, e parallelamente chi costruisce l'acceleratore, lo mette a punto, ne controlla il funzionamento, e è capace di risolvere gli innumerevoli problemi tecnici quotidiani. Nell'immaginario collettivo lo scienziato è un tipo alla Einstein, anzianotto, strambo, solitario, un po' fuori dal mondo. Uno di quelli che si chiude nello scantinato, mescola qualche provetta, e scopre "la formula". La realtà è molto diversa: i ricercatori che fanno funzionare questi esperimenti sono giovani, e devono essere in grado di lavorare in equipes con altri ricercatori che provengono da tutte le parti del mondo. I giovani sono il motore della ricerca, e senza di essi tutto questo non sarebbe possibile. Ma d'altra parte i giovani sono i motori del mondo, e non solo della ricerca. Sono il motore di tutto ciò che è nuovo, innovativo, e dirompente. Picasso iniziò il periodo rosa e blu a 20 anni, e Michelangelo scolpì la Pietà a 22 anni, mentre Fermi formulò la statistica delle particelle di spin semi-intero, lavoro che lo rese celebre, a 24 anni. Gli altri, gli anziani, quelli di una certa età, sostanzialmente passano il tempo a mandare mail, e poi si prendono il merito. Sto esagerando, ma non troppo.

E infine, quando tutto è pronto, ci vuole un Powerpoint in Comic Sans...





domenica 18 novembre 2018

Ma è sicuro al 100%?

Pretendere dalla scienza risposte senza senso


Mi è capitato di leggere recentemente una dichiarazione di un politico sul tema delle vaccinazioni, che diceva più o meno così (cito a memoria): "Finché non avremo la prova che i vaccini sono sicuri al 100%, la pratica delle vaccinazioni non può essere resa obbligatoria".

Non voglio qui entrare nel merito dell'importanza di vaccinarsi e di vaccinare, argomento ampiamente dibattuto, e sul quale, penso, non ci sia proprio niente da aggiungere. Voglio invece parlare di quel 100%. Quella richiesta di pretendere una certezza al 100%, che mostra impietosamente come la cultura scientifica, ma forse, ancor più, la conoscenza di come funzionano le cose del mondo, sia ancora lontana mille miglia dalla mente dei cittadini. E se quel cittadino è anche un politico, ovvero una persona che deve prendere le decisioni per la comunità, il problema è ancora più grave.

Chiedere se qualcosa è vero al 100% è una frase molto usata in modo colloquiale, ma in campo scientifico è completamente priva di senso. L'evento certo, nella scienza non esiste. Prendere un'aspirina o un antidolorifico può avere effetti collaterali anche gravi per certe persone, e buttandosi da un aereo senza paracadute c'è comunque la remotissima ma non nulla probabilità di cavarsela (fonte). Anche mangiare una ciliegia o un'oliva nasconde il rischio tutt'altro che trascurabile di morire soffocati, e passeggiare tranquillmente in campagna implica sfidare la probabilità, tutt'altro che nulla, di morire per una puntura di calabrone. Tutte queste pratiche sono ben lontane dall'essere sicure al 100%.

Ma il punto è che richiedere che, secondo la scienza, qualcosa sia certo al 100%, è una sciocchezza dal punto di vista concettuale.  Facciamo un esempio. Supponiamo di voler sapere se un dado è truccato. Sembra una domanda sensata, no? E la risposta che ci aspetteremmo è SI, è truccato, oppure NO, non lo è. Il politico di cui sopra, certamente si aspetterebbe una risposta del genere, e anche, ne sono convinto, la maggior parte di noi. Domanda semplice, risposta semplice. Eppure le cose, nella realtà, sono diverse da quello che avviene nel linguaggio, e nel sentore comune.

Prendiamo il nostro dado, e cominciamo a lanciarlo, per vedere se è truccato. Lo lanciamo - diciamo - 30 volte. Supponiamo di ottenere questa distribuzione per le uscite. La distribuzione è in realtà ottenuta con un generatore di numeri casuali, simulando un dado NON truccato, però facciamo finta di non saperlo, e supponiamo che questo sia il nostro risultato dopo i 30 lanci.

Una possibile distribuzione delle uscite delle facce di un dado, dopo 30 lanci


Cosa possiamo dire, di fronte a questo risultato? Possiamo dire se il dado è truccato oppure no? Ad esempio potrebbe essere truccato da far uscire un po' più raramente i numero 3 e 4, e più spesso il 6, ma certamente non possiamo esserne certi. 

Per forza, direte voi! Con 30 lanci le fluttuazioni statistiche sono grandi anche se il dado non è truccato! Ma con molti più lanci, invece..! E invece scopriremo presto che è l'idea di poter escludere che il dado sia truccato ad essere intrinsecamente sbagliata.

Bene, adesso supponiamo di fare non 30, ma 300 lanci. E otteniamo questa distribuzione.
Distribuzione osservata delle uscite delle facce di un dado, dopo 300 lanci

Cosa possiamo dire dopo 300 lanci? Il vuoto dei numeri 3 e 4 si è riempito, ma il picco al numero 6 permane. Possiamo escludere che sia truccato? Io non me la sentirei, onestamente. Certo, non sarà enormemente truccato, non sarà tale da far uscire quasi sempre lo stesso numero (che poi solo un deficiente produrrebbe un dado truccato in quel modo, perché lo sgamerebbero dopo pochi lanci), però potrebbe ancora essere un po' truccato. Ad esempio se in un casinò avessi un dado con il 6 che esce in quel modo, questo aumenterebbe significativamente le uscite di numeri alti.

Quindi, per non tirarla troppo alla lunga, facciamo una prova con 60000 lanci! Eccola.

Distribuzione osservata delle uscite delle facce di un dado, dopo 60000 lanci

Oh, questa sembra decisamente piatta. Ma è realmente piatta? Assolutamente no, anche se le fluttuazioni sono in linea con quello che ci aspetteremmo per un dado non truccato, con 60000 lanci. E quindi possiamo dire che il dado certamente (al 100%, secondo le aspettative del nostro amico politico) non è truccato? Assolutamente no! Potrebbe essere poco truccato, ma comunque quel tanto che basti da far uscire il numero 2 un po' meno degli altri, e i numeri 3 e 4 un po' di più. Non possiamo certamente escluderlo.

E, avrete capito, potremmo andare avanti a lanciare dadi, e la conclusione sarebbe sempre la stessa. Anche in presenza di un dado realmente non truccato, non potremmo MAI escludere con assoluta certezza che il dado non sia truccato. Potremmo soltanto porre dei limiti a quanto al massimo può essere truccato, a seconda del tipo di truccaggio che assumiamo come ipotesi. Con l'aumentare del numero dei lanci, potremo escludere via via livelli di truccaggio sempre più piccoli. In questo caso, con 60000 lanci, potremmo dire che questo dado non può essere platealmente truccato,  ma non potremmo mai realmente escludere che sia truccato in assoluto. E il discorso vale anche per un dado professionale, da casinò. Essendo un oggetto materiale, avrà certamente piccole asimmetrie nella distribuzione della materia che lo compone, tanto da produrre una piccola differenza di probabilità di uscita da faccia a faccia,  rispetto al valore 1/6, atteso per un dado ideale.

E quindi chiedersi se il dado è truccato, SI o NO, non significa nulla. Anzi, è una pretesa proprio sensa senso! Bisogna anche associarci la parolina magica, e cioè "quanto" dovrebbe essere truccato. Allora sì, potremmo eventualmente escludere l'ipotesi alternativa di un dado truccato in un dato modo, catalogandola come estremamente improbabile.

Lo stesso discorso vale per i vaccini cari al nostro politico. Sono sicuri al 100%? Certamente no! MA domandarsi una cosa del genere semplicemente non ha senso. Nulla è certo al 100%!

A questo punto consideriamo invece questa notizia pubblicata dai media: un asteroide che è stato osservato muoversi in modo anomalo per essere un asteroide. E quindi il titolo: "Non escluso che si tratti di una nave spaziale aliena". Che a me la prima cosa che è venuta da dire è: "ma tu lo sai come si muoverebbe un'astronave aliena?". Si sa come si dovrebbe muovere un asteroide, ma l'astronave aliena? Certo, ci sono alcuni ragionamenti che lasciano supporre che gli alieni, se esistessero, guiderebbero alla cazzo (fonte), ma in realtà non sappiamo nemmeno se esistano, figuriamoci come si sposterebbe una loro eventuale astronave.

Qui però il problema è ancora più subdolo che con il dado. Con il dado avevamo l'ipotesi nulla (il dado non è truccato), e l'ipotesi alternativa (il dado è truccato), per la quale potevamo però fare svariate assunzioni a priori, dato che in realtà non sapevamo COME poteva essere truccato né QUANTO poteva essere truccato. Ad esempio potevano supporre che uscissero un po' più spesso (il 10% in più?) i numeri dispari, oppure più frequentemente il numero 6, e meno il 2 e il 4, etc. La nostra ipotesi alternativa a quella nulla, era perfettamente quantificabile in termini di probabilità di uscite, e testabile lanciando i dadi un sufficiente numero di volte.

Qui l'ipotesi nulla è che si tratti di un asteroide. L'ipotesi alternativa è che sia invece un'astronave aliena, della cui esistenza, forma, colore e modo di muoversi conosciamo però rigorosamente zero, a parte il fatto che dovrebbe comunque rispettare le leggi della fisica.

Supponiamo quindi che il moto dell'oggetto ci appaia strano e poco compatibile con quello di un asteroide. Ci autorizza questo a concludere che allora è un'astronave aliena? Di cui non sappiamo né se esistono, né come sono fatte, né tanto meno come si muoverebbero? Perché qui si sta dicendo con nonchalance che siccome non sembra un asteroide, allora non si può escludere che sia una mega astronave di quelle lunghe come La Puglia. Se non è un asteroide, sono gli alieni, no? What else?

Come dire che se la mattina di Natale trovo delle impronte di fuliggine per terra, e sono fortemente convinto di non essere stato io, allora è stato certamente Babbo Natale che mentre dormivo è passato dal camino. Non si scappa, o l'una o l'altra! Ci trovate una leggera fallacia logica sotto?

Questo mi ricorda quando l'esperimento Opera del Gran Sasso se ne uscì con la notizia che, da alcune misure sulla velocità dei neutrini, questi ultimi sembravano viaggiare di pochissimo più veloci della luce. La misura, all'epoca, era altamente incompatibile con quello che ci si aspettava dalle fluttuazioni statistiche e sistematiche per neutrini con la velocità regolamentare. Alcuni dicevano che c'era solo una probabilità su un milione, o qualcosa del genere, che fosse una fluttuazione dell'ipotesi nulla (cioè i neutrini "normali"). 

A parte che il tutto - come si scoprì in breve tempo - era causato da un cattivo collegamento di un cavo, ovvero un fattore che non era stato considerato, in quel calcolo di quanto improbabile era il dato osservato. A parte questo, la cosa interessante è che quasi nessuno, nella comunità dei fisici, credeva che si stesse osservando il superamento della velocità della luce. Tutti ci speravano, perché sarebbe stata una scoperta epocale, ma quasi nessuno ci credeva realmente.  Perché?

Perché l'ipotesi che i neutrini (o altre particelle) potessero realmente andare a velocità superiori a quelle della luce appariva (e appare tuttora) estremamente improbabile, data la mole infinita di dati e di teoria a supporto della relatività, raccolti in questi anni. Ovvero il fatto che le misure sembravano incompatibili con l'ipotesi nulla (i neutrini NON vanno più veloci della luce), in nessun modo rendeva automaticamente valida l'ipotesi alternativa, cioè che i neutrini superassero realmente la velocità della luce. Ricordate la storia delle impronte di fuliggine? Osservarle per casa la mattina di Natale e non saper spiegare la loro origine, perché avevo passato lo Swiffer giusto prima di andare a letto, non rende automaticamente vera l'ipotesi dell'esistenza di Babbo Natale!

Con l'asteroide siamo sullo stesso livello. Okay, vediamo un asteroide che si muove in modo strano. Potrebbe essere un problema di misura, di strumento, di fattori ottici non considerati in modo appropriato, o non so che altro. In tutto questo, l'ipotesi (il "prior", come si chiama in gergo statistico) che si tratti di un'astronave aliena, ha una probabilità comunque piccola, come la storia che i neutrini possano realmente andare più veloci della luce. Maggiore però della probabilità dell'esistenza di Babbo Natale. Questo ve lo concedo!





giovedì 26 luglio 2018

Eclissi di luna: perché la luna si vede rossa?

Domani ci sarà un'eclissi di luna. Succede quando la terra si frappone fra sole e luna, impedendo quindi alla luce proveniente dal sole di illuminare la luna, che altrimenti ci apparirebbe come luna piena, come mostrato nello schemino della figura, che ovviamente non è in scala reale. 




I media l'hanno definita la "luna di sangue", tanto per fare colpo, ma il motivo è che la luna durante l'eclissi appare effettivamente rossa.

Domanda: perché rossa e non semplicemente scura? O magari del tutto nera, visto che la terra è certamente uno scudo impenetrabile per i raggi del sole.

Il merito del colore rosso, che rende sicuramente affascinante un'eclissi di luna, è dell'atmosfera terrestre, e di un fenomeno ottico che si chiama Diffusione Rayleigh, oppure, in inglese, Rayleigh Scattering.

La luce del sole è in realtà una sovrapposizione di onde elettromagnetiche di frequenze diverse, dal rosso al giallo, al verde via via fino al blu e violetto. Quando la luce entra nell'atmosfera terrestre, interagisce con le sue particelle in modo diverso a seconda della sua frequenza, e viene diffusa (deviata) verso direzioni diverse da quella iniziale. In particolare, la luce blu, che ha frequenza maggiore, viene deflessa maggiormente da quella rossa, che ha frequenza minore.

Allora durante un'eclissi succede che quando la luce incontra la terra, essa viene completamente assorbita, e non c'è verso che passi. Ma quando invece passa sui bordi esterni del cerchio terrestre, attraversando l'atmosfera, la luce viene diffusa in modo diverso a seconda delle sue diverse frequenze, ovvero del suo colore, e le frequenze blu vengono deviate molto poi di quelle rosse. 

Il risultato è che ila componente blu verrà deviata a grande angolo, e in direzione della luna arriverà solo la parte rossa della luce, che verrà poi anche un po' rifratta dall'atmosfera stessa in modo da illuminare tutto il disco lunare. Ed ecco che la luna ci appare rossa.

Questo stesso fenomeno è responsabile del fatto che il cielo, di giorno, è blu! La componente azzurra della luce che viene dal sole viene infatti diffusa molto di più di quella rossa, e viene quindi sparpagliata da tutte le parti, facendo apparire il cielo blu. In teoria dovrebbe essere violetto, e non blu, perché il violetto è diffuso ancor più del blu. Però il nostro occhio ha recettori che vedono meglio il blu del violetto, e quindi il violetto perde rispetto al blu. 

Ed è anche lo stesso motivo per cui al tramonto il sole è arancione. Il motivo è che al tramonto la luce del sole, essendo radente, attraversa più atmosfera per arrivare ai nostri occhi di quanto non faccia in pieno giorno. E quindi il maggiore spessore dell'atmosfera diffonde maggiormente la componente blu di quanto non accada in pieno giorno, facendo apparire il sole più rosso. E' una questione di sottrazione, insomma. Tolgo il blu, resta il rosso. Sempre il solito Scattering Rayleigh, sempre la fisica, da tutte le parti!

Ah, dimenticavo! Tutto questo vale per le persone normali. Per i terrapiattisti, invece, sulla luna si vedrà soltanto una riga nera.

mercoledì 25 luglio 2018

Un Sindonologo in gioielleria.

Di recente è uscito un nuovo studio scientifico sulla Sindone di Torino, il lenzuolo che la tradizione vuole essere il drappo funebre che ha avvolto il corpo di Cristo. Lo studio, A BPA Approach to the Shroud of Turin, pubblicato sul Journal of Forensic Sciences da due italiani, Mattero Borrini, della School of Natural Sciences and Psychology, Liverpool, e John Moores University di Liverpool, e Luigi Garlaschelli docente universitario di chimica (oggi in pensione) e membro del Cicap (Comitato Italiano per il Controllo delle Affermazioni sulle Pseudoscienze).

Lo studio, riassunto qui, è stato effettuato tramite tecniche forensi che studiano la direzione delle tracce di sangue (le stesse moderne tecniche utilizzate oggi comunemente dalla polizia scientifica). Esso evidenzia che almeno metà delle tracce di sangue presenti sulla Sindone sono false, cioè posticce e malamente aggiunte a mano, perché aventi caratteristiche incompatibili con le macchie ematiche che ci si aspetterebbe dal sangue perso da un uomo crocifisso.

A parte l'articolo in sè, la cosa che mi ha incuriosito è la reazione di tanti, sia fra i Sindonologi che fra i credenti (intesi come credenti che la Sindone sia autentica, categoria ampiamente sovrapposta alla precedente), reazione che si può sintetizzare in: e l'altra metà? Come a dire: "okay, dici che una metà è falsa, però allora l'altra metà è vera!". Che, sul momento, ingenuamente, uno potrebbe dire: "in effetti...".

Ad esempio, leggo tra i commenti in calce a  questo articolo (vedi a proposito anche la nota a piè pagina):

E l'altra metà? Mi sembra la domanda più interessante. perché se metà delle macchie è autentica, non cambia di una virgola il cosiddetto mistero della Sidone (sic). Non è che metà macchie implica che rimanga solo metà mistero. 

E poi c'è il nulla cosmico di questo articolo su L'Avvenire, dove l'autore, Gianni Gennari, tra l'altro scrive: 

"falsa metà delle macchie di sangue" – e l'altra metà? Si sorvola...

A parte che lo studio non dice che l'altra metà sia vera, dato che conclude che "almeno" metà delle macchie è falsa, la cosa che mi ha colpito in queste affermazioni è il modo di ragionare di chi scrive "e l'altra metà?", lasciando sottintendere che comunque il mistero della Sindone resta inalterato. Un modo di ragionare che sembra apparentemente sensato, ma che invece va contro tutto quello che è il nostro normale, quotidiano modo di accostarci ai problemi. 

Infatti a questo punto io mi immagino Gianni Gennari che ha un suo gioielliere di fiducia. Non so se compri gioielli, ma supponiamo che ogni tanto lo faccia, magari per fare un regalo. E quindi va apposta in una gioielleria, anzi proprio da quel gioielliere lì, perché di lui si fida, dato che, giustamente, il gioiello lo vuole autentico, e con tutti i ciarlatani che ci sono in giro, vuole un gioielliere che mostri tutte le certificazioni giuste e in regola. E infatti ogni gioiello in vendita da quel gioielliere ha la sua bella certificazione di autenticità.

Poi un giorno succede una cosa inaspettata: due studiosi di gemme scoprono che almeno metà dei gioielli messi in vendita da quel gioielliere sono falsi! Nonostante le certificazioni che ne comprovavano l'autenticità, sono fondi di bottiglia! E quindi le certificazioni stesse, fornite dal gioiellere, erano false!

Ora, io immagino che Gennari, (e chi, come lui, dice: "e l'altra metà?") proprio basandomi su quello che egli stesso scrive, da questo gioielliere continuerà ad acquistare tranquillamente, perché comunque l'altra metà dei gioielli non era implicata nello studio.

Suppongo che la scoperta che almeno metà dei gioielli spacciati per veri erano in realtà falsi non intacchi minimamente la sua cieca fiducia su quel gioielliere! Suppongo che non abbia nessun problema ad acquistare un anello con diamante da 5000 euro, perché solo metà dei gioielli era falsa, e se il diamante è nell'altra metà... Il meraviglioso mondo dei Sindonologi in gioielleria!

E poi mi immaginio il Sindonologo che compra tranquillo su ebay anche se legge su metà dei commenti dei clienti che il venditore si tiene i soldi e non consegna la merce. Per non parlare poi quando agli autogrill quelli del gioco delle tre carte vedono arrivare un Sindonologo! Basta far vedere che metà delle volte non ti fregano e è fatta!




Nota: Baima Bollone, nell'articolo, afferma di uno degli autori dello studio: "Garlaschelli è conosciuto da tempo come una persona contraria all’autenticità della Sindone". Invece lui, che afferma in questa intervista che è assolutamente possibile che i neutroni emessi durante la resurrezione abbiano alterato il contenuto di C14 sul telo, si considera neutrale! Perché si sa che la resurrezione emette neutroni, no?


PS: l'alternativa è il Sindonologo dall'assicuratore, come nella vignetta: "Ha mai avuto incidenti? Mai, a parte tre dei nostri cinque figli!"