Se Galileo avesse avuto il microonde...

Misurare la velocità della luce in cucina

 

Tra le tante cose che ha fatto Galileo Galilei, oltre a inventare la scienza, c'è quella di aver cercato di misurare la velocità della luce. Doveva aver già subodorato che andava veloce (la convinzione comune all'epoca era che la sua velocità fosse infinita) ma ciò nonostante gli venne comunque la curiosità di misurare quanto veloce andasse. Segno che nessuno ci aveva mai provato, come spesso accadeva all'epoca, in cui si fornivano spiegazioni ai fenomeni naturali senza poi prendersi la briga di controllare se fossero vere o magari assurdamente sbagliate. Che è poi la stessa cosa che fanno oggi le pseudoscienze: riempono siti web di teorie su teorie, senza mai controllare se sono vere.

Galileo invece prese un amico, due lanterne, e due teli. L'amico lo scelse tra quelli che avevano i riflessi buoni, vedremo tra poco perché. Si mise su una collina con la lanterna coperta dal telo (stando attento a non prendere fuoco; questo i biografi non lo dicono, ma mi sento di aggiungerlo come contributo personale alla storia del grande scienziato pisano). Spedì l'amico su una collina  distante con l'altra lanterna, posizionandolo in modo che comunque potevano vedersi a vicenda, e gli chiese di tenere la lanterna coperta (stando sempre attento a non prendere fuoco).

Poi ad un certo punto Galileo (vedi nota a piè pagina) scopriva la lanterna, e la luce diventava libera di viaggiare in direzione dell'amico, che essendo stato scelto particolarmente sveglio, non appena vedeva la luce della lanterna che lo scienziato aveva scoperto, doveva, velocissimo, scoprire la sua, la cui luce sarebbe ritornata verso Galileo.

Il quale, con i suoi sofisticatissimi cronometri elettronici, misurava il tempo passato da quando egli aveva scoperto la sua lanterna, a quando la luce del suo amico gli perveniva indietro. Da tutto questo, essendo la velocità uguale allo spazio percorso diviso il tempo impiegto (a quel tempo i libri di fisica finivano più o meno a quel capitolo, e studiare fisica alle superiori era come studiare storia nella preistoria: due paginette in tutto), e essendo lo spazio pari a due volte la distanza dall'amico (distanza che era stata misurata in qualche modo), una semplice divisione e ecco misurata la velocità della luce.

L'esperimento sembra ingenuo ma non lo è affatto, perché ci dice chiaramente che nessuno aveva mai provato a fare questa misura. Altrimenti non si sarebbe tentato un esperimento che ai nostri occhi appare impossibile da realizzare nella pratica. Infatti il punto è che, se non conosciamo la velocità della luce, quando vediamo qualcosa accadere non sappiamo quanto tempo ci ha messo la luce ad arrivare fino a noi. Vediamo lo "stop" dell'esperimento, ovvero l'arrivo della luce ai nostri occhi, ma non sappiamo quando è avvenuto lo "start", cioè quando la luce è partita, ovvero quando è avvenuto l'evento che vediamo.  E dato che niente viaggia più veloce della luce, prima di percepire l'arrivo della luce non abbiamo alcuna informazione sul fatto che quell'evento sia già avvenuto. E quindi l'esperimento di Galileo è solo apparentemente ingenuo, perché rappresenta il primo tentativo di avere il controllo sia sullo "start" che sullo "stop". Un'ovvietà oggi, forse, ma evidentemente un grande salto di ingegno a quell'epoca in cui il metodo scientifico muoveva i primi passi.

In sostanza Galileo sapeva che la luce andava veloce, ma il fatto stesso che non avesse fino in fondo l'idea di quanto veloce andasse, ce la dice lunga su quanto scarsa fosse, fino ad allora, l'attitudine umana a controllare e cercare di capire i fenomeni naturali, anche i più banali. Infatti se la convinzione generale che la velocità della luce era infinita  fosse maturata da una serie di osservazioni, Galileo probabilmente non si sarebbe mai sognato di effettuare un esperimento che, sappiamo oggi, era destinato a fallire miseramente.

I problemi tecnici dell'esperimento infatti erano di non poco conto. Intanto la misura del tempo. All'epoca non c'erano i cronometri, e Galileo misurava il tempo riempiendo un secchio d'acqua, e facendoci un buco, in modo da contare quante gocce cadevano attraverso il buco. Una clessidra, in pratica. Assumendo che l'intervallo di tempo fra una goccia e l'altra fosse lo stesso (ipotesi ragionevole, perché quando i rubinetti gocciano di notte, scassano la minchia con frequenza incredibilmente costante), il numero di gocce cadute era proporzionale al tempo passato. Chiaramente le gocce dovevano cadere frequentemente per misurare la velocità della luce. Addirittura Galileo faceva in genere il buco sufficientemente largo da far cadere l'acqua di continuo, e pesare poi il secchio con l'acqua. Il peso (tolto della tara, altro mio contributo fondamentale alla biografia di Galileo) era proporzionale al tempo passato.

L'altro problema era il tempo di reazione dell'amico nel sollevare il telo sulla sua lanterna, e di Galileo stesso nel percepire l'arrivo della luce di ritorno e fermare il "cronometro". Tutte cose che non sarebbero state un problema se la luce avesse avuto la velocità di una Multipla bipower a metano in fase di sorpasso, ma che diventano un problema sperimentale importante per qualcosa che in un secondo percorre quasi la distanza fra la terra e la luna.

Il risultato è che Galileo non riuscì a misurare la velocità della luce, perché i tempi di reazione erano di gran lunga dominanti sul tempo che la luce impiegava a percorrere il tragitto di andata e ritorno. Se Galileo avesse avuto un laser, o una sorgente di luce molto collimata, avrebbe potuto sbarazzarsi dell'amico e del suo tempo di reazione puntando il raggio di luce su uno specchio, ma in ogni caso non sarebbe cambiato nulla dal punto di vista pratico, perché la luce impiega solo 3 milionesimi di secondo a percorrere la distanza di un chilometro. Decisamente troppo poco rispetto ai tempi di reazione umani. 

Al limite Galileo avrebbe potuto mettere un limite inferiore alla velocità della luce, ovvero dire: "non so quanto va veloce la luce, ma sicuramente va più veloce di tot, perché altrimenti ne avrei misurato la velocità". Che è poi quello che sostanzialmente fece, perché non se la sentì di dire che la luce aveva una velocità infinita, come invece tutti affermavano, manifestando anche in questo caso di aver compreso fino in fondo lo spirito del metodo scientifico (d'altra parte lo aveva inventato lui!), secondo il quale assegnare velocità infinita alla luce in un esperimento che non ha la sensibilità sufficiente per effettuare la misura è un'operazione assolutamente arbitraria e non giustificata.

In pratica, assumendo un'incertezza dovuta al tempo di reazione totale di 0,3 s (0,2 per l'amico, e 0,2 per Galileo, sommati in quadratura, per fare i precisini), e volendo fare una misura precisa al 20% (trascurando tutti i problemi legati alla misura del tempo col secchio), Galileo avrebbe dovuto piazzare l'amico più o meno dalle parti della luna. Un po' scomodo per l'epoca. Peò il solo fatto che egli ci abbia provato rappresenta dal punto di vista concettuale una importante conquista nello studio dei fenomeni naturali.

Ma oggi, nel 2016, ognuno può essere Galileo, e misurare la velocità della luce con un esperimento casalingo che sicuramente non ci farà passare alla storia, ma ci farà sentire scienziati almeno per un giorno. "You can be Galileo, just for one day". Misurare la velocità della luce col forno a microonde di casa!

Tutto quello che ci serve è un forno a microonde (ma va?), un righello, e una tavoletta di cioccolata.

I forni a microonde cucinano emettendo microonde (ma va?), che sono onde elettromagnetiche come la luce visibile usata da Galileo, ma con frequenza di 2.45 GHz, cioè grosso modo 100000 volte inferiore della luce visibile. Le onde elettromagnetiche di questa frequenza pongono in rotazione le molecole d'acqua contenute nei cibi (e non in oscillazione come spesso si dice, perché la frequenza di oscillazione è circa mille volte maggiore). In pratica le molecole d'acqua, che sono assimilabili a piccoli dipoli elettrici, si mettono a ruotare avanti e indietro attorno al loro asse sotto l'effetto del campo elettromagnetico oscillante all'interno del forno, e nel fare questo comunicano calore al cibo per attrito.

L'idea alla base della misura della velocità della luce è molto semplice: bisogna misurare la lunghezza d'onda delle onde nel microonde. Il segreto è fare in modo che il piatto del microonde non ruoti, e di metterci sopra un cibo che cuocendosi si ammorbidisca. Il motivo sarà chiaro fra poco. Per questo scegliamo come cibo la tavoletta di cioccolato. La marca è irrilevante, ma suggerisco di sceglierla buona, perché poi dopo ce la mangeremo, sacrificandola nel nome della scienza. Un raro esempio in cui, finito l'esperimento, uno si può mangiare l'apparato sperimentale.

Le onde prodotte dal microonde sono di tipo stazionario, cioè gli estremi dell'onda sono vincolati agli estremi del forno, dove il campo deve essere quindi nullo. Questo significa in pratica che le dimensioni del microonde non possono essere arbitrarie, ma devono essere un multiplo di metà della lunghezza d'onda. Essendo la frequenza del microonde fissata, l'onda avrà quindi i suoi picchi e valli (ovvero i suoi punti di massima ampiezza e intensità) in punti ben determinati, e in quei punti la cioccolata si ammorbidirà di più scaldata dall'onda (e quindi, sciogliendosi grazie al calore, quei punti saranno ben visibili). Ecco perché il piatto non deve girare. Nel microonde i piatti vengono fatti girare per garantire una più uniforme "illuminazione" del cibo che vogliamo cuocere, che altrimenti cuocerebbe molto nei punti dove l'onda ha la massima intensità, e molto meno dove ha il minimo dell'intensità.

Adesso non ci resta altro che tirare fuori la tavoletta di cioccolata e, trattenendo l'impulso di mangiarcela, misurare prima con un semplice righello la distanza fra i baricentri (stimati più o meno a occhio) dei punti dove la cioccolata si è ammorbidita di più. Quella distanza corrisponde alla distanza fra un massimo e un minimo dell'onda, ovvero mezza lunghezza d'onda. Quindi adesso raddoppiamo quel numero che abbiamo misurato (un'operazione matematica facile persino per uno sciachimista) e quello che abbiamo misurato è la lunghezza d'onda dell'onda elettromagnetica di frequenza 2.45 GHz del nostro microonde.

 
Siccome la frequenza f e la lunghezza d'onda lambda di un'onda sono legate alla velocità dell'onda v (che nel nostro caso è la velocità della luce, in genere indicata con c) dalla formula:

                                                                c = lambda x f, 

mettiamo dentro i numeri e ricaviamo c.

Facciamo la prova sul serio: la distanza fra i baricentri delle due bolle sciolte è di 6 cm, con un'incertezza di grosso modo mezzo centimetro. Quindi la lunghezza d'onda, che vale il doppio, dalla nostra misura viene 12 cm con un'incertezza di +/- 1 cm. Da cui, moltiplicando per 2.45 GHz, viene fuori c(misurata) =  294000000 m/s con un'incertezza dell'8%. Il valore di riferimento della velocità della luce è, al momento, di 299792458 m/s. 

Tutto sommato niente male, alla faccia di Galileo!

Nota: Galileo fa parte di quella ristrettissima cerchia di persone famose che vengono chiamate solo per nome, e pur senza aggiungere il cognome nessuno ha dubbi sulla loro identità.  Gli altri che godono di questa speciale proprietà sono Michelangelo, Raffaello, Napoleone e Belen. 

PS. In rete si trovano decine di siti che in italiano o in inglese, via testo o tramite video, descrivono in dettaglio questo tipo di esperimento molto meglio di quanto abbia fatto io. Cito ad esempio questo bel sito in italiano.

Con me ha funzionato, quindi funziona

Frasi fatte sull'omeopatia

Alcuni giorni or sono Salvo Di Grazia, medico, ha pubblicato su Il Fatto Quotidiano un articolo sull'omeopatia. Si tratta di un articolo volutamente provocatorio e minimalista, perché la domanda posta nel titolo, "Che cos'è l'omeopatia", ha una risposta che è essa stessa molto minimalista: nulla. Non essendoci nulla nei prodotti omeopatici, inteso come un qualunque principio attivo, la risposta alla domanda su quali sono gli ingredienti e gli effetti di un prodotto omeopatico è un semplice foglio bianco.

In tanti non l'hanno capita e si sono indispettiti, tirando in ballo la solita supponenza dei medici, la chiusura mentale della scienza, etc, etc.

Ma la cosa che ho trovato veramente interessante sono i commenti dei lettori. Di alcuni lettori. Sì perché quando si parla di ignoranza scientifica in Italia, ecco, quei commenti ne sono lo specchio. Perché l'ignoranza scientifica non è il non sapere di scienza. Non è non sapere di atomi, di genoma, o di farmacologia. Sarebbe una bella pretesa chiedere che la gente sappia cos'è un orbitale atomico o una base azotata. L'ignoranza scientifica è piuttosto non comprendere la metodologia e il modo di procedere della scienza. Non solo, è non avere idea che quel modo di procedere è quello ha portato alla comprensione dei fenomeni del mondo, quello che ci ha permesso e ci permette tuttora di distinguere le dicerie, le supposizioni e le convinzioni errate dai fatti. L'ignoranza scientifica è non sapersi porre le domande in modo scientifico, e quindi neanche comprenderne l'importanza. I commenti dei lettori ce lo spiegano bene.

Vediamo:

"Avevo la dissenteria, vado dal farmacista che mi propone un omeopatico, e mi è passata.  Stavo male davvero e non posso pensare ad un effetto placebo, non sono una persona condizionabile, e non so quanto si possano condizionare nausea, vomito e diarrea. Il suddetto rimedio ha avuto effetto sulla nausea in poche ore, rallentando le scariche e il vomito che sono sparite nelle 24 ore successive."

Commento: non ti viene in mente che il caghetto (il nome scientifico per la dissenteria) in genere, a meno che non ti sei abbeverato al collettore fognario di Taranto, passa da solo? E - sempre in genere - se bevi un po' di liquidi e eviti di finire la cofana di parmigiana di melanzane rimasta dalla sera prima, passa al massimo entro 24 ore? Perché mai dovrebbe essere quindi merito della pasticca omeopatica?  Mi viene in mente mio padre, che quando ha il raffreddore si imbottisce di farmaci (allopatici) ma nonostante questo, come a tutti, il raffreddore gli passa comunque dopo una settimana. Però per lui è merito degli spray e delle caramelle.

"Ho avuto un inverno pieno di bronchiti e tosse, poi ho preso un prodotto omeopatico e da un mese non ho più niente."

Si chiama "primavera", honey! In inverno in genere ci si ammala di tosse, bronchiti e raffreddori vari, in primavera e estate molto meno. Succede a tutti, anche senza prendere farmaci di alcun tipo. Anche io potrei dire che ho avuto un inverno con raffreddori e mal di gola, ma poi un paio di settimane fa ho mangiato due crostini caldi con sopra due fettine finefinefine di lardo di Colonnata, e da quella volta non ho più fatto una starnuto. Che sia stato tutto merito del lardo?

"Io uso omeopatia e medicina allopatica. Se  posso uso l'omeopatia, se poi vedo che non funziona prendo l'antibiotico."

With compliments! Ti piace vincere facile! Se guarisci, è merito dell'omeopatia. Se invece non guarisci, oh... mica si può pretendere tutto dall'omeopatia!

"Se tanta gente la usa, deve per forza funzionare".

Tanta gente va anche dai maghi, dalle fattucchiere, si fa leggere le carte, le mani, l'iride, l'asimmetria del viso, i fondi del caffè, i peli delle ascelle. Tanta gente per secoli si è curata con i salassi e con pratiche che oggi sappiamo assurde, se non addirittura dannose. Una miliardata di cinesi si cura coi baffi di tigre e il corno del rinoceronte. E infine, centinaia di miliardi di mosche adora sguazzare nella merda. Non possono essere tutti nel torto! Non volevo dirla, ma l'ho detta.

"In fondo perché non tentare, non si sa mai..come l'oroscopo, sono tutte ca@@ate ma qualcuno siccome male non fa segue i consigli del suo segno zodiacale"

Siamo sicuri che male non fa? Se ho un focolaio polmonare e invece di prendere l'antibiotico mi curo con il Passeraceum Cuprum in diluizione CH30, dove sulla confezione stessa c'è scritto: "pasticche da 1g, contenuto: saccarosio, 1g", siamo sicuri che male non faccia?

"Non è effetto placebo perché una bimba piccola non sa nemmeno cosa le stai dando"

Hai mai sentito parlare di coccole?  La mamma ti da un bacino sulla bua... quelle cose lì? E' dimostrato che il placebo funziona sugli animali, figuriamoci se non funziona sui bambini!

"Ha dovuto ricredersi (una che non credeva nell'omeopatia, n.d.r) quando ha visto guarire completamente il suo orecchio andato a brandelli in un incidente"

Eccheccazzo! Adesso stai a vedere che pure Lazzaro è risorto con l'omeopatia!

"Sarebbe interessante che pubblicasse i dati relativi elle sperimentazioni cliniche fatte in doppio cieco.Allora si stupirebbe dell'effetto terapeutico del placebo e che vale la pena anche se si dubita sull'efficacia di una terapia somministrarla se l'esperienza di molti dice il contrario."

Cercando di interpretare l'italiano, e inserendo le virgole dove dovrebbero stare (omeopatico anche nella punteggiatura!), penso che il commento voglia dire che, anche se è un placebo, visto che il placebo riesce a curare, ben venga il placebo. A parte che il placebo funziona solo se uno non sa di assumere un placebo. Se a un malato gli dai un prodotto omeopatico dicendogli "guarda, è pari a un placebo, ma è dimostrato che il placebo a volte aiuta", sei passato sul potere del placebo come uno schiacciasassi. Tanto valeva che gli dicessi "guarda, ti do questo, non serve a niente, è pure scaduto, se ti fa qualcosa è solo un effetto psicologico, altrmenti cazzo pretendi da un bicchiere d'acqua?!". E comunque, è eticamente corretto dare placebo ai malati? Se io vado dal medico perché sto male, è giusto che il medico mi prenda per il culo, detto come va detto, dandomi una pasticchina di zucchero spacciandomela per un rimedio sicuro? Perché magari il placebo mi funziona, ma il giorno in cui scopro che il mio medico mi ha dato zuccherini facendomi credere che erano farmaci efficaci, io perdo fiducia in quel medico, e magari anche nella medicina in generale, e addio per sempre effetto placebo!

"Con me ha funzionato."

Finora abbiamo (quasi) scherzato, ma questa è l'obiezione seria. Questo è il punto cruciale. Perché io non dubito che lui, o lei, siano guariti, o comunque si siano sentiti meglio dopo aver preso un prodotto omeopatico. E che gli vai a dire a uno che ti dice "con me ha funzionato"? Se su di lui ha funzionato, mica gli puoi dire di no!

Però uno dovrebbe chiedersi: se con me ha funzionato, vuol dire anche che funziona in generale? Vuol dire che si può considerare come un prodotto che, entro le normali eccezioni, curi o aiuti a curare il dato sintomo, la data malattia?

Perché è questo che vorremmo sapere quando compriamo un prodotto in farmacia, no? Vogliamo sapere se in generale è efficace, sperando di rientrare nei casi positivi della statistica. Difficilmente acquisteremmo un farmaco che ha funzionato solo su poche persone (ma su di loro ha funzionato!), perché sarebbe un po' come comprare un biglietto della lotteria.

Se Eleonora Brigliadori, e tanti come lei, tutte le mattine appena alzata si beve un bicchiere della sua urina, e grazie a questa si sente bene, o per lo meno ne è convinta, vuol dire che bere la propria urina funziona? Che fa bene? Se lo chiedi a Eleonora Brigliadori lei ti dirà di sì, ma questo ci basta per dire che funziona?

Ecco quindi che capiamo che a noi non ce ne frega niente di sapere che il tal prodotto con Eleonora Brigliadori, con una ragioniera di Tarvisio o con un direttore di Banca di Matera ha funzionato. Dell'esperienza dei singoli non ce ne frega proprio niente!  Non è che il farmacista ci dice "guardi, le do la lista delle persone con cui ha funzionato, a riprova del fatto che questo prodotto fa bene". A noi interessa sapere se statisticamente funziona! Ci interessa sapere che quella lista sia la più lunga possibile, non che ci sia una lista!

E quindi non sarà il caso di fare una statistica seria? Non ti viene in mente, caro commentatore dell'articolo che dici "con me ha funzionato", che questo in alcun modo sancisce il funzionamento in assoluto? E che sia importante fare una statistica seria quando si parla di un farmaco, omeopatico o meno, per sapere veramente se funziona? Non ti viene in mente che per tanti che dicono "con me ha funzionato" ce ne possono essere altri che diranno "con me non ha funzionato", e quello che conta è sapere chi dei due è maggiore in numero, e soprattutto di quanto? Questa è la domanda giusta da porsi se si ha una vaga idea di come funziona la scienza.

Perché altrimenti potremmo concludere che fumare 40 sigarette al giorno non è detto che faccia male, dato che c'è gente che lo fa e arriva tranquillamente a 80 anni. E allo stesso modo non fumare e avere un'alimentazione e una vita sana non è vero che aiuti a prevenire le malattie, perché ci sono salutisti che schiattano di cancro a 60 anni. Ci basta prendere i singoli casi o preferiremmo avere una statistica seria?

Se ci basta l'esperienza dei singoli (al commentatore dell'articolo evidentemente basta) possiamo allora andare da Keith Richards, il chitarrista dei Rolling Stones, uno che nella vita ha sperimentato droghe di tutti i tipi, ha tracannato l'equivalente di un treno di autobotti di Bourbon, e fuma tre pacchetti di sigarette al giorno da circa 50 anni a questa parte, e guardandolo mentre suona il riff di Jumping Jack Flash con l'energia di un ventenne concludere che bere, fumare e drogarsi in modo smodato fa bene.  Con Keith Richards ha funzionato, e quindi, secondo il metodo statistico degli omeopati, funziona!

Errori da non fare in caso di suicidio: tracannare pillole omeopatiche

Quando un tentato suicidio diventa comico

In genere un tentato suicidio è sempre un fatto tragico. Anche se si risolve bene, è difficile riderci sopra. Ma ci sono delle eccezioni. Ci sono casi in cui un tentato suicidio può finire a tarallucci e vino. 

E' successo qualche anno fa a New York, ad Alexa Ray, figlia del noto cantante Billy Joel. Disperata per la fine di una relazione amorosa, la ragazza ha telefonato al suo ex avvisandolo: "voglio morire". E poi, per mettere in pratica il suo terribile progetto, ha trangugiato una quantità smodata di un farmaco che suppuneva pericoloso se preso in grandi quantità, come accade spesso con i normali farmaci. Dopodiché, forse resasi conto di aver fatto un gesto sconsiderato, ha chiamato i soccorsi, dicendo al telefono di avere difficoltà respiratorie.