Ma l'aereo decolla?

Come ingigantire a dismisura un problema di una banalità disarmante

C'è un post che ogni tanto appare in rete sui gruppi Facebook a tema scientifico, e che immancabilmente scatena flames interminabili, con diatribe che a volte sfociano perfino in insinuazioni sulla moralità delle madri dei commentatori. Il problema è questo:

Un aeroplano ipotetico è sulla pista e si prepara al decollo ma sulla pista c'è un rullo collegato ad un nastro programmato per girare in senso opposto alla direzione dell'aereo ed esattamente alla stessa velocità delle ruote dell'aereo.
L'aereo riesce a decollare?

Ciò che segue vuole chiarire la questione, che è di una banalità disarmante, anche se so già che molti partiranno a testa bassa, e poi mi attaccheranno se quanto da me scritto non coinciderà con le loro conclusioni. Quindi, prima di reagire come il Cane di Pavlov dicendo che sto sbagliando, sgomberate il cervello dai pregiudizi e dalle risposte che avete già in mente, e leggete.

Chiariamo innanzitutto alcuni aspetti fondamentali, senza i quali non ha nemmeno senso andare avanti.

Il problema è puramente teorico. E' del tutto ovvio che nella realtà l'aereo decollerebbe. Moltissimi dimenticano questo aspetto essenziale. A questo proposito trovo veramente ridicolo/patetico l'entusiasmo e il dammicinque di quelli di Mythbusters (video) che hanno addirittura realizzato l'esperimento, e il cui aereo è ovviamente decollato. Il perché sono ridicolo/patetici è scritto in fondo.

Non è un problema di ingegneria né di aeronautica. Quindi quelli che mettono di mezzo la forma delle ali, le dimensioni delle ruote, il coefficiente di attrito, l'aerodinamicità, il materiale del nastro, la densità dell'aria, etc, sono completamente fuori strada.

Perché sono fuori strada? Perché non hanno letto il testo del problema! Il testo del problema dice pochissimo, e non cita nessuno di questi aspetti tecnici. E quando a scuola vi davano un problema che diceva "un corpo scivola lungo un piano inclinato etc etc", e non vi diceva altro, non è che andavate dal prof a chiedere "scusi, ma di che materiale è il corpo? E l'aria quanto è densa? E l'umidità? E le asperità del piano?" Il problema non vi diceva niente su quegli aspetti, e quindo voi, giustamente, li ignoravate. Qui è uguale.

Quindi rileggiamolo, questo testo, evidenziando le parole chiave.

Un aeroplano ipotetico è sulla pista e si prepara al decollo ma sulla pista c'è un rullo collegato ad un nastro programmato per girare in senso opposto alla direzione dell'aereo ed esattamente alla stessa velocità delle ruote dell'aereo.
L'aereo riesce a decollare?

Adesso analizziamolo, tenendo presente che quelle parole sottolineate significano qualcosa.

Il fatto che l'aeroplano sia "ipotetico" ci ricorda che il problema è ideale. E quindi non dobbiamo stare a chiederci se l'aereo sia a reazione, a elica, bimotore, biplano, con i motori sulle ali, sulla coda, se sia un nuovo modello etc. Se non specifica altro, qualunque ulteriore dettaglio o caratteristica dell'aereo sono da considerarsi irrilevanti. E' un aeroplano, punto.

Sotto di lui c'è un nastro, che è "programmato per girare in senso opposto alla direzione dell'aereo, e esattamente alla stessa velocità delle ruote dell'aereo. Il testo è chiarissimo: le ruote girano in avanti tanto da far spostare l'aereo di un metro? Perfetto, il nastro è programmato in modo da annullare - istante per istante - quello spostamento, qualunque esso sia. Veloce o piano che girino le ruote, che accelerino o decelerino, il nastro è programmato per fare questo e compensare, istante per istante, lo spostamento del baricentro delle ruote. In altri termini il baricentro delle ruote resta sempre fermo rispetto al terreno, e quindi l'aereo stesso resta fermo rispetto al terreno. Come riesca a fare questo, quale misteriosa tecnologia utilizzi, non ce ne frega niente, perché il problema non ne parla E' "programmato", quindi fa così. Punto! Quindi, come sanno tutti quelli che hanno risolto almeno un esercizio di fisica nella vita, se il testo non ne parla vuol dire che non dobbiamo porci il problema di come questo possa accadere. Accade e basta.

Quindi quelli che dicono che a un certo punto il nastro non riesce più a tener dietro alla rotazione delle ruote, non hanno capito niente, perché il testo dice esattamente il contrario: il nastro è programmato per fare questo. Come ci riesca non ci riguarda, e non riguarda nemmeno il problema. Semplicemente lo fa!

Il problema non dice altro.

E allora, sgomberiamo la testa dai nostri pregiudizi, dimentichiamo di essere ingegneri aerospaziali o piloti di aereo, e ragioniamo, in base a questi pochissimi dati, e solo in base a questi dati.

Abbiamo due possibilità: o c'è attrito fra nastro e ruote, o non c'è attrito.

Se non c'è attrito fra ruote e nastro, il problema non si pone nemmeno: l'aereo decolla e se ne fotte del nastro che si muove all'indietro. Potrei metterci pure i cavalli di Frisia, se non c'è attrito l'aereo si muove in avanti, accelera, e se ne va. Assumiamo quindi che non sia questo il caso. Se invece l'ideatore del problema intendesse che, nonostante tutta questa messinscena del nastro "programmato", si potesse perdere di aderenza... a che scopo inventarsi un problema così ideale per poi assumere il caso reale?

Anche se ad un certo punto, con le ruote che girano sempre più veloci, l'attrito volvente dovesse venire meno, l'aereo perderebbe aderenza col nastro e decollerebbe. E' il caso reale, questo! Quello che ha fatto esultare quelli di Mythbusters. Ma questo è del tutto ovvio, e anche in questo caso non c'era bisogno di imbastire tutta questa messa in scena. E' chiaro che se a un certo punto le ruote dovessero perdere aderenza col nastro, i motori continuerebbero comunque a dare la spinta, e l'aereo accelererebbe, slittando e saltellando sul nastro che, pur muovendosi in senso opposto, non ha più il contatto continuo sulle ruote. E' come decollare su un lago ghiacciato, a quel punto. Le ruote slittano, ma i motori spingono lo stesso, e l'aereo decolla. 

Ma il testo dice che, qualunque sia la velocità delle ruote, il nastro si muove di conseguenza in direzione opposta. Quindi mi pare ovvio che si assuma che ci sia sempre attrito volvente. Altrimenti di cosa staremmo parlando? E' ovvio che, se a un certo punto venisse a mancare attrito col nastro, l'aereo certamente decollerebbe!

Come questo possa avvenire, come sia possibile che si abbia attrito volvente quando le ruote fanno mezzo giro al secondo ma anche quando fanno 10 giri al secondo, o un milione di giri al secondo, è un aspetto che non ci deve interessare, perché il problema dice esplicitamente che il nastro è programmato per fare questo.

A questo punto chiediamoci: cosa deve fare l'aereo per decollare? 

Per decollare, l'aereo deve raggiungere una velocità sufficiente per avere portanza. In altri termini deve accelerare tanto da muoversi abbastanza velocemente rispetto all'aria, che è ferma rispetto al suolo. Quindi il problema si riduce a questa semplice domanda: l'aereo può muoversi rispetto al suolo?

Infatti se l'aereo può muoversi, allora certamente potrà anche accelerare e raggiungere prima o poi la velocità sufficiente per avere portanza e decollare (la lunghezza della pista - ebbene si, ho letto anche commenti di questo tipo - non c'entra una mazza, perché, lo ripeto allo sfinimento, non è un problema reale, mi pare ovvia la cosa!)

Se invece l'aereo non può muoversi, non c'è verso, l'aereo non decollerà mai, per quanto i motori vadano a manetta, e per quanto possano girare velocemente le ruote, e per quanto si muova veloce di conseguenza il nastro. Alcuni affermano che si raggiungerebbe il regime relativistico, perché il nastro prima o poi raggiungerebbe la velocità della luce, e la lunghezza del nastro si contrarrebbe a zero, o magari pure le ruote, e la massa del nastro diventerebbe infinita, etc etc. Su questa manifestazione di nerditudine acuta stenderei onestamente un pietoso silenzio.

Ora, il testo dice chiaramente che, qualunque sia la velocità delle ruote, il nastro si muoverà di velocità uguale e opposta. Quindi spiegatemi: come può l'aereo muoversi, se per costruzione stessa del problema non può farlo?  e' il testo stesso a dirlo chiaramente: qualunque sia la velocità delle ruote, il nastro compenserà sempre, istante per istante, questa velocità. Più banale che più banale non si può!

L'obiezione tipica è: "ma l'aereo riceve la spinta dai reattori, e non dalle ruote!"

Ma cosa c'entra!?!?

Certo, l'aereo riceve la spinta dai reattori, che funzionano tramite il terzo principio della dinamica: buttano "materiale" indietro con grande velocità, e quindi, per conservare la quantità di moto, l'aereo si muove in  avanti (i reattori non funzionano spingendo l'aria, come certi scrivono: se così fosse volare a 11000 metri sarebbe svantaggioso, perché lì l'aria scarseggia).

Tuttavia, la spinta dei motori, prima che l'aereo decolli e per tutto il tempo in cui l'aereo dovrebbe rullare sulla pista, si scarica comunque sulle ruote, facendole girare, proprio perché c'è attrito con il suolo. E se sotto le ruote c'è un nastro che, mantenendo costantemente l'aderenza, è programmato per spostare l'aereo indietro di un tratto che - istante per istante - è pari a ciò che le ruote percorrerebbero in avanti, c'è poco da fare, l'aereo resta fermo! Possiamo mandare i reattori a manetta, quelli spingerebbero l'aereo in avanti, ma siccome le ruote sono in aderenza con il nastro, che sposta l'aereo indietro, hai voglia a far andare i motori, l'aereo resta fermo! Che la spinta venga dai reattori o dal Padreterno, non cambierebbe nulla! Immaginate di avere, invece che le ruote, una cremagliera. I motori spingono in avanti, la cremagliera tira indietro. E' la stessa cosa: l'aereo resta fermo. Ripeto: è un problema assolutamente ideale, ma il testo non lascia scampo, non può essere altro che così!

Insomma, il problema, a guardarlo bene, senza pregiudizi, è di una ovvietà disarmante, se si prende per assunto quello che dice il testo, e niente altro, a parte che ci sia sempre attrito fra ruote e nastro, perché altrimenti la presenza stessa del nastro sarebbe del tutto ininfluente. Ripeto: secondo me nemmeno chi lo ha proposto in origine ha compreso che stava proponendo un problema ovvio e quindi stupido. Sarebbe stato stupido comunque: sia se fosse da considerarsi nel caso reale, perché l'aereo certamente decollerebbe, e è stupido nel modo in cui è stato proposto, perché l'aereo non può fare nulla di diverso dal restare fermo, semplicemente perché lo dice il testo stesso del problema!

La cosa interessante è invece la sociologia dei commenti. Ma quello è un universo a sé.

PS: perché l'entusiasmo dei Mythbusters è ridicolo/patetico? Lo è perché il loro test è un test del caso reale, in cui non esiste alcun controllo né sulla velocità del nastro, che non è affatto, istante per istante, uguale e opposta a quella dell'aereo, né sulla costante e obbligatoria aderenza fra ruote e nastro (l'aereo ha ovviamente un'infinità di sobbalzi e slittamenti). Nel caso reale è del tutto ovvio che l'aereo accelererebbe e quindi decollerebbe, neanche a perderci tempo a discutere!

PS2: esiste una risposta che da molti viene etichettata come "definitiva": questa. Questa risposta, ancora una volta, trasforma il problema in un problema reale. Ma colui che fornisce la risposta lo dice, è infatti afferma che sta dando una risposta interpretando il testo in modo diverso rispetto alla sua formulazione. Interpretandolo nella sua formulazione, infatti, la stessa persona, nella prima parte del video, visibile qui, afferma che l'aereo non decollerebbe, restando fermo rispetto all'aria. E non potrebbe essere altrimenti, dato il problema.

PS3: potrete scrivere tutti i commenti che volete. Darmi ragione, torto, insultarmi, darmi dell'ignorante, del presuntuoso o del cretino. Succede sempre quando si tira fuori questo problema. Fate pure, risponderò a nessuno, né replicherò in alcun modo. Un problema del genere non lo merita. Enjoy!

PS4: Sto preparado un video con l'esperimento realizzato. Una ruota su un piano inclinato, e un tappeto sotto di essa. Invece che la spinta del reattore, c'è la forza di gravità, che è anch'essa una forza esterna costante. Le ruota è in folle, anche in questo caso esattamente come nel problema del'aereo. Tutto esattamente come il problema. La ruota può rotolare ma non strisciare, condizione ovviamente necessaria affinché il problema stesso abbia un senso.

Secondo quello che molti di voi hanno affermato, tirando indietro il tappeto, questo non sarebbe in grado di arrestare in alcun moto la caduta della ruota, e invece si osserva che, facendo scivolare il tappeto indietro, mentre la ruota gira costantemente, essa resta ferma rispetto a un riferimento esterno.

Non solo, ma mettendo opportuni riferimenti sul tappeto e sulla ruota, si vede che il tratto di tappeto tirato indietro corrisponde esattamente a quanto la ruota ha girato in direzione opposta, rispettando quindi le ipotesi del problema.

Quando il video sarà pronto lo pubblicherò. Tanto so che non sarà sufficiente neanche quello a convincervi!

Il filmato si trova qui

È l'uomo il fine dell'universo?

Il principio antropico al netto delle scemenze 

Il principio antropico è un argomento che scatena dibattiti e derive ascientifiche quasi peggio della Teoria dell'Evoluzione di Darwin. E come per la Teoria dell'Evoluzione, meno lo si conosce, e più si prende posizione sparando cose a caso. Eh sì, perché il Principio Antropico, come l'evoluzione Darwiniana, si presta a sconclusionate interpretazioni in chiave religiosa e antropocentrica, e si sa che, in questa materia, gli "uomini di cultura" a volte riescono a dare il meglio.

Questa vuole quindi essere una guida sintetica e - spero - efficace, al problema del principio antropico dal punto di vista strettamente scientifico, spogliato di tutti gli inutili orpelli che si leggono in giro, tipo le definizioni di Principio Antropico debole, forte, medio, così-così, di Tizio, di Quell'altro, e tanti altri inutili distinguo. Un esempio fra tutti di come il principio antropico porti a incredibili perversioni è il "principio antropico ultimo", proposto da Barrow e Tipler (fonte, fonte), due fisici travolti con l'avanzare dell'età da derive mistico-religiose, che afferma sostanzialmente che deve necessariamente svilupparsi una vita intelligente nell'universo. Come se gli atomi provassero una speciale gratificazione a essere parte del corpo di un filosofo piuttosto che trovarsi dentro un sasso su Plutone. Non solo, Barrow e Tipler affermano anche che, una volta apparsa, la vita non si estinguerà mai, perché altrimenti produrre vita intelligente non avrebbe senso se questa si estinguesse. Quantomeno - viene da dire - nell'affermare questo non hanno tenuto conto del livello e del numero di idiozie che può fare questa vita intelligente sul proprio pianeta.

Quindi lasciamo da parte questa pletora di definizioni, che spesso lasciano il tempo che trovano, e cerchiamo di capire da cosa nasce il problema, aspetto che ci permetterà di dare una definizione operativa del Principio Antropico, e di comprendere il succo del discorso senza fronzoli o inutili derive mistico-filosofiche, che di scientifico non hanno nulla.

Il tutto nasce da una constatazione banale e ovvia: le caratteristiche delle leggi della natura e i valori delle sue costanti fondamentali (velocità della luce, costante di Planck, massa e carica delle particelle, etc) sono tali da permettere la vita come la conosciamo.


Grazie tante, siamo qui! Se non fosse così, non saremmo qui. Se siamo qui a porci queste domande, per forza di cose le leggi della natura devono essere tali da permettere la vita. In poche parole, espresso in questi termini, il problema esiste solo se c'è qualcuno che può porselo. Se le costanti della natura fossero state tali da impedire la formazione delle stelle o degli elementi, nessuno si sarebbe mai chiesto come mai. Fin qui, insomma, non c'è niente di strano.

Bisogna fare subito una precisazione importante. Sebbene alcuni parlino esplicitamente di "vita" quando si riferiscono al principio antropico, in realtà è sufficiente parlare di formazione di strutture complesse, ovvero gli elementi chimici. Poi non necessariamente questi possono dar origine a esseri viventi. Quindi, quando parlerò di "vita", intendo in realtà: galassie, stelle, pianeti. Alcuni ritengono che, una volta garantita la complessità, la vita sia inevitabile, ma di questo al momento non ne abbiamo alcuna prova. Forse è vero, ma non conoscendo per ora alcuna forma di vita diversa da quella presente sulla terra, neanche sotto forma di microorganismi, al momento non mi sbilancerei troppo.

Comunque, tornando al principio antropico, la cosa si fa più intrigante se si va a vedere di quanto potrebbero variare i valori delle costanti fondamentali, pur continuando a dar luogo a condizioni che permettano ancora la vita, intesa anche solo come formazione di materia complessa. Se si fa questo esercizio si scopre che la nostra esistenza è strettamente dipendente dai valori che assumono le costanti fondamentali della natura, tipo la carica elettrica, la massa dell'elettrone, la costante di struttura fine, la costante alfa delle interazioni forti, etc, ovvero quei parametri il cui valore, da quello che finora ne sappiamo, non deriva da processi fisici noti, ma di cui semplicemente prendiamo atto. Basterebbe che i loro valori fossero diversi anche solo di poco, e non sarebbe più permessa la formazione degli atomi, oppure dei nuclei, e quindi addio molecole, addio forme complesse di materia, e addio stelle, pianeti, montagne, alberi, nuvole, galline, leopardi, e esseri umani. 

In pratica è come se la macchina della natura avesse tante manopole, tanti potenziometri da posizionare lungo precise scale graduate, e per come sono effettivamente posizionate, esse permettono il realizzarsi dell'universo che conosciamo, in cui è possibile la formazione di strutture complesse, e quindi anche la vita. Basterebbe però spostare di poco la manopola della carica dell'elettrone, o quella della costante delle interazioni forti, e  tutto andrebbe a scatafascio, e non esisterebbero le galassie, le stelle, e a maggior ragione gli esseri pensanti. E non esisterebbe nemmeno questo blog! E stando alle nostre conoscenze scientifiche attuali, il posizionamento di queste manopole non scaturisce come conseguenza di altri processi fisici, ma semplicemente è quello che è. E di fronte a questa constatazione, certi sedicenti "uomini di cultura" si scatenano e partono per la tangente, tirando in ballo l'intervento del Padreterno. Alcuni arrivano infatti a postulare un "Principio biofilico", ovvero che l'universo sia fine-tuned, ottimizzato per produrre la vita. Cioè che esista una qualche linea guida, nelle leggi della natura, che obbliga i parametri fondamentali della natura ad avere i valori ottimali per la vita.

A questo punto è necessario uno stop. Sebbene quanto appena detto venga ripetuto un'infinità di volte, questa affermazione si basa ipotizzando variazioni dei singoli parametri attorno ai valori che sappiamo effettivamente avere. Della serie: se cambio di poco il parametro X, allora gli atomi non esisterebbero; se cambio il valore di Y, non esisterebbero i nuclei pesanti, etc. Ma in realtà questo discorso non considera affatto il caso in cui avvengano variazioni simultanee di tutti i parametri! E i parametri su cui poter giocare sono almeno una ventina, ad essere buoni. In altri termini potremmo sovvertire i valori di tutti o molti dei parametri fondamentali, cambiandone drasticamente il valore, e ritrovarci comunque con un universo in cui la complessità è ancora possibile.

Ad esempio esistono lavori teorici che considerano un universo senza le interazioni deboli, e cioè drasticamente differente da quello che conosciamo, in cui la formazione di strutture complesse sarebbe comunque possibile. Un altro lavoro teorico ipotizza che forme primitive di vita avrebbero potuto avere origine già nelle prime fasi di vita di un universo con parametri drasticamente diversi da quelli che conosciamo. Questo errore tipico che molti commettono quando parlano del principio antropico è descritto in modo divulgativo e chiaro in questo articolo del blog Backreaction, curato dalla fisica teorica Sabine Hossenfelder.

Alcuni, estremizzando il principio antropico, ritengono che il nostro universo sia addirittura "ottimizzato" (fine-tuned) per ottenere la vita, ovvero che esistano meccanismi intrinseci nelle leggi della natura per ottenere l'universo migliore possibile per garantire le condizioni per la vita. Se questo fosse vero, sarebbe strano avere condizioni "abbastanza buone" per garantire la formazione di strutture complesse. Tanto varrebbe avere le condizioni ideali. Una visione teista della questione, certamente giungerebbe a questa conclusione (e infatti lo fa). Ma adesso vediamo se questo è vero.

Un ingrediente determinante per massimizzare la formazione si strutture complesse quali le galassie, che sono il punto di partenza per arrivare alla vita come la conosciamo, è quello di garantire che il numero di protoni e neutroni, detti "barioni" in gergo tecnico, ovvero gli ingredienti base per formare nuclei atomici, sia massimizzato dalla natura. Massimizzare il numero di barioni significa dare alla complessità il massimo delle opportunità per formarsi.

In questo articolo si cerca di capire se è possibile falsificare l'ipotesi che il numero di barioni dell'universo sia massimizzato dalle leggi della natura. Siccome sappiamo che l'espansione dell'universo è accelerata dal fatto che la costante cosmologica è diversa da zero e positiva (quello che chiamiamo "energia oscura"), questo già di per sé indicherebbe condizioni non ottimali per il "miglior utilizzo" dei barioni al fine di costruire la vita (sempre intesa come semplice complessità). Infatti un universo che si espande troppo velocemente offre meno possibilità alla materia di aggregarsi. L'autore del lavoro sottolinea che ci sono molte incertezze sulle conclusioni, ma la cosa interessante, che lo stesso autore enfatizza, è che l'affermazione "l'universo è ottimizzato per la vita" è in linea di principio falsificabile. Al momento i dati indicherebbero che - insomma - se si voleva ottimizzare si poteva fare di meglio.

Comunque, indipendentemente da questi risultati incerti, è lecito porsi la domanda: esiste un meccanismo (a noi al momento sconosciuto) che OBBLIGA le costanti fondamentali della natura ad avere il valore che hanno? Indipendentemente dal fatto che sia il migliore possibile per garantire la formazione di strutture complesse, o sia soltanto sufficientemente buono per lo scopo? Un meccanismo che impone alla carica dell'elettrone, alla costante di Planck, alla massa del protone e a quella del neutrone - tanto per fare qualche esempio - ad avere quei determinati valori e non altri? Esiste un processo "dinamico" nelle leggi della natura, da cui scaturiscono i valori delle costanti della natura, o i loro valori sono casuali?

In pratica ci chiediamo se l'universo è così per caso (e se fosse diverso probabilmente non ci sarebbe nessuno a chiederselo), oppure è così perché è insito nelle leggi della natura che le costanti fondamentali debbano avere quei valori e non altri.

A questa domanda al momento non sappiamo rispondere. Non sappiamo, al momento, se esiste un meccanismo fisico da cui scaturiscono i valori della costante di gravitazione universale, della carica dell'elettrone, etc.

Certo, se però esistesse un meccanismo che obbligasse le costanti fondamentali ad assumere i valori che hanno e non altri, valori che permettono la formazione della vita, sarebbe interessante. A quel punto non sarebbero più le costanti della natura ad essere sotto i riflettori, ma le stesse leggi della natura. Ammesso che ci sia una differenza fra le due cose.

Ma c'è chi ha pensato a una scappatoia: il multiverso.  Il multiverso è genericamente la teoria che afferma che l'universo in cui viviamo sia uno dei teoricamente infiniti universi esistenti, ognuno dei quali con caratteristiche diverse. In alcuni di questi universi le caratteristiche saranno tali da permettere le condizioni adatte allo svilupparsi di strutture complesse, e quindi la vita. In questi universi particolari, ci saranno quindi anche esseri pensanti a chiedersi come questo è stato possibile. In tutti gli altri, che presumibilmente sono la stragrande maggioranza, non ci sarà nemmeno nessuno a lambiccarsi il cervello. Alcune teorie, tra cui le superstringhe, prevedono la possibilità del multiverso. Occorre comunque dire che questa ipotesi è tutt'altro che condivisa nella comunità scientifica, in quanto, per lo meno al momento, non falsificabile. In pratica non è possibile, per lo meno per ora, ipotizzare esperimenti capaci di smentire questa ipotesi.

Esiste però una teoria interessante, relativa a un modello che descrive le primissime fasi dell'universo primordiale, che si chiama Modello Inflazionario dell'universo (un po' di referenze: divulgativa,  divulgativa,  semi divulgativa, e l'altra più tecnica). Questo modello, introdotto negli anni 80 per giustificare alcune caratteristiche del modello del Big Bang standard altrimenti inspiegabili, prevede che, nei primissimi istanti di vita, l'universo abbia attraversato una breve fase di grande espansione (inflation, in inglese) che ha enormemente dilatato le sue dimensioni, producendo un numero virtualmente infinito di universi completamente scorrelati fra loro da rapporti di causa-effetto.

E' come se uno immaginasse l'universo primordiale come la superficie di un palloncino. Ogni punto del palloncino ha condizioni diverse, costanti di accoppiamento diverse, condizioni diverse da tutti gli altri punti, come è lecito aspettarsi da un universo appena nato. Insomma una bolgia totale. Ad un certo punto si instaura un meccanismo che improvvisamente dilata in modo esagerato ogni punto della superficie. E quindi, quelli che in origine erano singoli punti, diventano in un attimo porzioni di superficie enormi. Nell'universo primordiale, quindi, ogni singola minuscola porzione di spazio dell'universo appena nato sarebbe stata dilatata da questa fase di inflazione. Il nostro universo, quello in cui viviamo e facciamo misure, è una di quelle porzioni, che però in origine era un semplice microscopico volumetto di universo.

Ognuno di questi volumetti aveva le sue specifiche condizioni, nessuno di essi era ancora entrato in comunicazione con gli altri, dato che nemmeno segnali con la velocità della luce avevano ancora avuto il tempo di interconnetterli. L'inflazione ha esteso quei singoli volumi microscopici dilatandoli, trasformandoli ognuno in un universo separato da tutti gli altri. E adesso quegli infiniti puntini sono infiniti universi, tutti scorrelati e non comunicanti fra loro. Uno di quei puntini è oggi il nostro universo. Degli altri, non possiamo sapere nulla. Il nostro universo, quindi, sarebbe soltanto uno degli infiniti universi presenti, tutti diversi fra loro, ognuno con le proprie condizioni e caratteristiche, nella maggioranza dei casi inadatte allo sviluppo della vita.

Questa idea dell'Universo Inflazionario potrebbe apparire strampalata, una specie di favoletta alla Adamo ed Eva, sebbene il processo sia assolutamente possibile dal punto di vista matematico. Infatti, al momento, non si conosce l'origine dell'eventuale inflazione, ovvero, tecnicamente, la natura della eventuale particella responsabile di questo processo (l'inflatone, come si chiama in gergo). Però, a parte questo, i modelli inflazionari prevedono effetti sulla distribuzione della densità della materia, che nell'universo attuale si manifesterebbero in alcune caratteristiche specifiche della radiazione cosmica di fondo, quel fondo cosmico nella lunghezza d'onda delle microonde, osservabile oggi, e che rappresenta letteralmente la fotografia dell'universo primordiale, come era più di tredici miliardi di anni fa (fonte).

Quindi - e questo è il punto importante - il Modello Inflazionario è in linea di principio falsificabile. Cioè si possono effettuare misure sulla radiazione cosmica di fondo che possono smentire i modelli stessi, se i dati osservati non sono in accordo con le previsioni teoriche. Dico in linea di principio, perché esistono vari modelli per come in pratica si sarebbe svolta questa espansione violenta dell'universo, che danno luogo a caratteristiche diverse nell'universo odierno. Però il grosso dei modelli è consistente nel predire caratteristiche comuni.

La cosa interessante è che le piccole fluttuazioni di densità/temperatura misurate  nella radiazione cosmica di fondo sono consistenti con quanto previsto da questi modelli. Ovvero indicano che nell'universo di quasi 14 miliardi di anni fa sono presenti tenui differenze di densità che hanno le caratteristiche previste dall'inflazione. In questo senso sono in preparazione esperimenti che misureranno con maggiore precisione la caratteristiche della radiazione cosmica di fondo, e che potranno dire qualcosa di più su questo importante aspetto.

Al momento quindi, l'ipotesi del multiverso resta ancora una semplice ipotesi, nonostante queste interessanti corrispondenze tra le previsioni del modello e le caratteristiche della radiazione cosmica di fondo. Ma se l'ipotesi fosse vera, a questo punto sarebbe lecito pensare che in questo tripudio di universi, la maggior parte dei quali probabilmente desolatamente vuoti, ce ne saranno alcuni, forse pochissimi, non lo sappiamo, in cui le condizioni saranno tali da permettere la formazione di atomi, molecole, e magari anche esseri senzienti, che a volte si fanno anche chiamare "uomini di cultura", e che sparano cazzate ad ampio spettro. In questi universi, e solo in questi, esisterà il dibattito sul Principio Antropico. Nel resto degli universi le costanti fondamentali saranno tali da non produrre né atomi né sistemi complessi, né tanto meno qualcuno a chiedersi il perché.

Ci mancava solo l'equazione dell'amore!

“Lei disse: “Dimmi qualcosa di bello!”. Lui rispose: “(δ + m) ψ = 0”.

La risposta è l’equazione di Dirac ed è l’equazione più bella della fisica. Grazie ad essa si descrive il fenomeno dell’entanglement quantistico. Il principio afferma che: “Se due sistemi interagiscono tra loro per un certo periodo di tempo e poi vengono separati, non possono più essere descritti come due sistemi distinti, ma in qualche modo, diventano un unico sistema. In altri termini, quello che accade a uno di loro continua ad influenzare l’altro, anche se distanti chilometri o anni luce”.

Secondo il ragionamento di Dirac se due persone entrano in relazione e si instaura tra di loro, nel tempo, un rapporto di amicizia o di amore e poi vengono separate, esse non possono essere definite come due soggetti differenti ma, in qualche modo, ne diventano un sola. Anche dopo la separazione, continueranno nel bene e nel male, a conservare dentro di sé una parte dell’altra. Per sempre.

A prescindere dalle distanze, dalle esperienze e dai vissuti di ogni individuo, nonostante gli allontanamenti o i distacchi, le persone che hanno interagito tra loro si influenzeranno “finché morte non ci separi”. L’equazione di Dirac è quindi la formula scientifica dell’amore eterno platonico?

Questo è quello che si legge in rete su molti siti che parlano dell'equazione di Dirac. In un copia/incolla mondiale, che nemmeno l'equazione di Dirac riesce a spiegare, questa incredibile serie di puttanate proferite senza ritegno è diventata di colpo un passaparola fra i cazzari della rete. 

Ed ecco che c'è gente che si fa tatuare l'equazione addosso, a volte giusta, e molto spesso sbagliata. Che - voglio dire - maporcaputtana, almeno informati sulla formula giusta, no? Come se uno si facesse tatuare l'inizio della Divina Commedia, perché gli piace così tanto, e poi si fa scrivere: "Durante il camin di nostra vita..."

Fino a qualche anno fa l'equazione di Dirac era nota solo ai fisici, e forse nemmeno a tutti. E' l'equazione d'onda che descrive il comportamento degli elettroni (dei fermioni, per la precisione, ovvero le particelle di spin 1/2) tenendo conto della teoria della relatività. Una delle sue più celebri conseguenze è la presenza di soluzioni negative, che portarono alla previsione teorica dell'antielettrone, cioè l'elettrone di antimateria, detto anche positrone, osservato sperimentalmente qualche anno dopo. 

Punto!

L'equazione di Dirac non sfiora neanche lontanamente l'entanglement quantistico, e con esso non c'entra proprio nulla. Semplicemente nulla: è un abbinamento del tutto inventato. Anche perché è l'equazione per una singola particella, e l'entanglement implica per definizione la presenza di più di una particella.

Quindi quella storia che due persone che si amano, o che sono amiche e convivono per un po', e anche se poi si separano saranno sempre una cosa sola, è una scemenza che non c'entra niente con l'equazione di Dirac, ma nemmeno con l'entanglement, di cui magari parlerò prima o poi, dato che dietro questo termine i cazzari di tutto il mondo sono spuntati fuori come funghi, e nel suo nome credono di poter giustificare le peggio idiozie. E questa cosa grida vendetta.

Che poi, spiegatemi perché questo presunto olismo dell'equazione di Dirac (che non esiste, lo sottolineo ancora una volta) dovrebbe essere sempre positivo. Perché dovrebbe essere sempre e soltanto un volemose bene? Dove sta scritto? Considerate le variegate dinamiche delle coppie, perché solo l'amore dovrebbe restare per sempre, indipendentemente dalla distanza, e non il lancio reciproco di piatti e bicchieri, i vaffanculo-stronza/o che li senti pure dall'ultimo piano, e tutto il variegato campionario allegato? In quel caso l'equazione di Dirac non funziona? Niente "siamo e resteremo sempre una cosa sola", in quel caso?

E comunque l'entanglement quantistico funziona per sistemi quantistici (microscopici) preparati in modo molto particolare, e scompare molto facilmente quando questi sistemi interagiscono con il mondo macroscopico. Quindi fatevene una ragione, per voi cazzari l'entanglement non vale. E la cosa dovrebbe rassicurarvi, perché vuol dire che non esiste nessun altro uguale a voi, ovunque nell'universo, a condividere con voi, in perfetta simbiosi, le scemenze che dite.

Pubblicare un articolo che nega l'allunaggio è veramente così innocuo?

Un importante quotidiano nazionale, ha qualche responsabilità in merito? 

 

Alcuni giorni fa Il Fatto Quotidiano ha pubblicato un articolo di un blogger, che nega l'allunaggio. L'articolo è leggibile qui, in una versione che non regala clic.

L'articolo in sé è di pessima qualità, irritante sia per il fatto di non dire nulla, ma soprattutto per ripetere le solite argomentazioni dei negazionisti, ignorando completamente le spiegazioni scientifiche già date in molte occasioni da esperti del campo.

Un esempio fra tutti, la storia delle "micidiali" fasce di Van Allen, che secondo l'autore sarebbero impossibili da attraversare, in quanto - cito testualmente - sono in grado di "friggere qualsiasi apparato radio (non parliamo dei corpi degli astronauti)". L'autore fa finta di ignorare che le fasce di Van Allen sono invece facilmente oltrepassabili semplicemente aggirandole, come è stato fatto con gli Apollo, e come viene fatto con tutte sonde che vengono mandate fuori dall'orbita terrestre. Se infatti i loro apparati radio fossero stati "fritti", come faremmo ad avere le foto dei vari Giove, Saturno, Plutone, comete e asteroidi vari?  Ah, ma forse sono finte pure quelle, che ingenuo che sono!

Comunque la cosa di cui voglio parlare non è la confutazione delle affermazioni del blogger, ma la risposta di  Peter Gomez, direttore de Il Fatto, a chi gli ha contestato di aver pubblicato un simile articolo spazzatura.

La risposta di Gomez è questa:

Intanto Gomez commette un errore colossale: confonde la fede con la scienza. Essere atei, o essere credenti, è un punto di vista personale, che non può essere né confermato né smentito in alcun modo da prove empiriche. Non c'è una verità dimostrabile in nessuna delle due posizioni. E' semplice fede, e basta.

L'allunaggio invece è un fatto, un evento storico, e crederci o non crederci non è un punto di vista personale, come non è un punto di vista personale l'esistenza dell'Aids o dell'Olocausto. Non crederci, tanto per dirne una, implicherebbe credere automaticamente che qualcosa come almeno un milione di persone (ma forse di più), fra astronauti, tecnici, scienziati, operai e operatori di tutti i tipi, siano stati d'accordo per una decina di anni, tanto è durato grosso modo il progetto della Nasa che ha portato l'uomo sulla Luna, a sostenere una balla atomica. Non solo, ma implicherebbe anche credere che tutti costoro abbiano mantenuto poi il segreto fino ad oggi.

Non credere all'allunaggio significherebbe anche non credere alle immagini che oggi ci mostrano i siti degli allunaggi, in cui si vedono i moduli di allunaggio, e perfino le tracce delle jeep sul suolo lunare.

Non credere agli allunaggi significa credere che i russi, che avevano delle sonde che giravano attorno alla luna all'epoca, e che vi si erano perfino posate inviando foto (e quindi non erano state "fritte" dalle fasce di Van Allen, a cui evidentemente i russi erano immuni), non siano stati capaci di scoprire che non c'era nessun americano da quelle parti, e che tutti i ritardi e le direzioni di provenienza delle comunicazioni non venivano dal mare della Tranquillità ma da Hollywood. Che poi, data la situazione politica dell'epoca, ai russi non sarebbe parso vero di poter mostrare al mondo che gli americani avevano messo su una messa in scena colossale. E invece muti, anche loro parte del complotto!

Insomma, non credere agli allunaggi significa, alla luce dei fatti, essere veramente molto stupidi, perché la finzione dell'allunaggio, se si è appena appena competenti dell'argomento, è così improbabile, e soprattutto così enormemente più complessa dell'allunaggio stesso.

E quindi dove sbaglia Gomez? Cosa c'è che non va nella sua risposta?

Gomez sbaglia perché pubblicare articoli del genere è un incentivo alla stupidità. E' un incentivo alla creduloneria. E' un incentivo ad abbandonare il pensiero critico. E' un incentivo ad abbracciare la mentalità complottista, che è il contrario del raziocinio. E' un incentivo a credere a tutto quello che ci piace credere, ignorando i fatti, soprattutto se questi contrastano con le nostre convinzioni. E negare l'AIDS o l'Olocausto, cose che Gomez reputerebbe invece pericolose e censurabili, è figlio della stessa mentalità, dello stesso modo di approciarsi al mondo.

Sì, perché il complottista normalmente è all-inclusive sui complotti. Se crede al complotto dello sbarco sulla luna, è altamente probabile che creda al complotto delle scie chimiche, a Big Pharma che propaganda i vaccini nascondendoci che sono nocivi, al cancro che si potrebbe curare con metodi naturali ma ce lo tengono nascosto, alla chemioterapia che uccide, alla Xylella che si cura con l'omeopatia, all'energia pulita che è tenuta nascosta dai poteri forti, alla teoria dell'evoluzione che è tutta una balla, o al cambiamento climatico, sul quale l'impatto dell'uomo sarebbe inesistente.

I complotti sono figli della mancanza di spirito critico mescolato a incompetenza. I complotti, di qualunque tipo, per prosperare hanno bisogno dell'incapacità di comprendere che si è incompetenti. E questo articolo contribuisce a questa mentalità, i cui risultati poi possono essere ad ampio spettro, manifestadosi, a seconda dei casi, in modo innocuo o con un grosso impatto negativo sulla società.

La scienza secondo i Novax

Protestare invocando la scienza, senza averla capita

Questa immagine ritrae un partecipante a una recente manifestazione Novax. Immagino che il cartello che egli/ella porta al collo intenda sottolineare i criteri scientifici a cui dovrebbero sottostare i vaccini per essere ritenuti affidabili dal punto di vista scientifico, secondo il popolo arancione.

Questo cartello da solo, in realtà, dice tutto su quanto il mondo Novax abbia le idee confuse su come funzioni la scienza, quella stessa scienza a cui essi vorrebbero appellarsi, e che chiamano in causa per sottolineare la pericolosità o l'inutilità delle vaccinazioni. Vediamo perché.

1. VERIFICABILE (no statistica). Il fatto che qualcosa sia verificabile non ha niente a che vedere con la statistica. Per esempio che buttarsi da un aereo senza paracadute sia mortale, è certamente verificabile, se uno ha voglia di farlo. Tuttavia ci sono casi in cui qualcuno a cui non si è aperto il paracadute si è salvato (fonte). Quindi, dal punto di vista statistico, non è certo che lanciandosi da un aereo senza paracadute si muoia. E quindi si potrebbe dire, seguendo il criterio scientifico dei Novax: "ho voluto verificare se a lanciarsi senza il paracadute si muore, e ho dimostrato che statisticamente non è vero che si muore". I Novax quindi, coerenti con quanto scritto nel cartello, e forti di questa intrinseca ambiguità di fondo, concluderebbero che non è vero che a buttarsi da un aereo senza paracadute si muore.

Questa situazione estrema è per sottolineare quanto quel "no statistica" sia totalmente privo di senso, se si invoca il metodo scientifico. C'è gente che è stata colpita da fulmini e si è salvata, che è stata morsa da un mamba e si è salvata, e che ha mangiato un'innocua oliva o una ciliegia e è morta strozzata! Quindi, secondo il metodo scientifico Novax, vietiamo le olive e le ciliege, e lasciamo tranquillamente giocare i nostri bambini con un mamba nero dentro il box, e al primo temporale di quelli con un sacco di fulmini, portiamoli tranquillamente in terrazza a fare le parallele sui tralicci di ferro.

La certezza, cari Novax, nella scienza non esiste mai al 100%. Ma non è un problema della scienza in quanto incapace di fornire certezze. E' un problema di come funzionano le cose al mondo! Per ogni evento che ha una altissima probabilità di avvenire (morire gettandosi da 3000 metri senza paracadute, ad esempio) esiste comunque sempre una piccola probabilità che il fatto non si verifichi. Soprattutto se c'è in ballo il corpo umano, il cui comportamento e funzionamento non equivale propriamente a un esercizio di cinematica del liceo, in cui la pallina rotola senza attrito e tutto è perfettamente calcolabile.

Ad esempio si sa che il fumo fa venire il cancro. Statisticamente. Ci sono  però fumatori accaniti che muoiono tranquillamente di vecchiaia. E altri, che oltre a fumare magari si drogano e bevono quantità smodate di alcool, finisce che campano fino a ottant'anni. Mi viene in mente Keith Richards, il chitarrista dei Rolling Stones. Basta questo a dire che fumare, bere casse di Bourbon e farsi di cocaina e eroina non rappresenti un fattore di rischio? Evidentemente per i Novax è sufficiente, stando a quel cartello, e mi aspetto che da domani intraprendano tranquillamente una vita di bevitori compulsivi di Jack Daniels fra una sniffata di colla e una pippata di coca, forti del fatto che la pericolosità di questo stile di vita non soddisfa i loro criteri di ciò che è scienza.

Sul termine "verificabile", poi, non si sa bene cosa intendano, e secondo me non lo sanno nemmeno loro. Che il tetano è pericoloso, o che di poliomielite si può morire o rimanerne menomati, secondo loro è verificabile? E che grazie al vaccino questa possibilità è enormemente ridotta è verificabile? Non devo certo essere io a fornire statistiche. E non devo nemmeno essere io a fornire statistiche sul fatto che giocare per terra non serva a farsi gli anticorpi, come alcuni Novax credono e vanno a dire in tv, perché 60 anni fa si giocava moltissimo per terra in mezzo allo sporco, ma la poliomielite mieteva vittime a gogò, incurante dei nostri anticorpi, perché non c'era il vaccino.

2. RIPRODUCIBILE (No casualità). La casualità, quando si parla di esseri umani e non di pietre che cadono, fa parte delle regole del gioco, perché un essere umano è un sistema immensamente complesso, in cui una miriade di fattori entrano in gioco. Cosa dovrebbe essere riproducibile, nella scienza dei Novax? Ad esempio che se stai a contatto con un malato di morbillo e non sei vaccinato ti ammali anche tu, e se invece sei vaccinato non ti ammali? Questo è riproducibile. Sempre statisticamente, ovviamente. Ma ritorniamo al punto precedente. Statisticamente, è immensamente più probabile che un non vaccinato si ammali rispetto a un vaccinato. Nell'asilo nido che frequentava mia figlia 20 anni fa, nel giro di un paio di settimane tutti i non vaccinati si ammalarono di varicella, escluso uno, e nessuno fra i vaccinati si ammalò. Può significare qualcosa, nella logica Novax? Cosa significa la frase di quel cartello, quindi? Secondo me non lo sanno neanche loro.

3. PREVEDIBILE (Prova del 9). Quel prova del 9 fa veramente ridere. Vorrei veramente trovare un articolo scientifico, di qualunque argomento, in cui gli autori abbiano scritto "e per fare la prova del 9..." Il meraviglioso mondo dei Novax, quando giocano a fare gli scienziati! E comunque è prevedibile (e riproducibile, e quindi verificabile) che se mandi un gruppo di bambini vaccinati e un altro gruppo di non vaccinati a giocare con dei malati di varicella, i non vaccinati si ammaleranno in numero significativo, al contrario dei vaccinati. Ed è prevedibile che, nel caso di un'epidemia di morbillo, in media 1 su 1000 morirà, e una frazione molto maggiore avrà complicanze gravi (fonte e fonte), cosa che avverrà quasi esclusivamente fra i non vaccinati. E' una previsione verificabile e riproducibile, questa. Soddisferà i Novax, oppure essi si aspettano che non vi siano incertezze statistiche di alcun tipo? A me sembra che non abbiano consapevolezza del significato delle frasi che scrivono. In realtà non hanno consapevolezza di un sacco di altre cose.

E poi la frase in piccolo, in basso a destra: "I vaccini sono farmaci, in più con effetti collaterali". Ma chi glieli scrive i testi ai Novax? Certo che i vaccini sono farmaci con effetti collaterali! D'altra parte tutti i farmaci hanno effetti collaterali, anche l'aspirina! Anzi, l'aspirina ha effetti collaterali molto maggiori dei vaccini. Mai nessun medico ha negato questo. Il punto, però, è quello di confrontare la frequenza degli effetti collaterali del tetano, o del morbillo, o della poliomielite, con quelli dei relativi vaccini. Ma questi sono concetti troppo difficili per la scienza dei Novax.

Una storia di fantasia. Cos'altro potrebbe essere?

Questa è una storia che richiede una certa immaginazione da parte di chi legge, perché è veramente incredibile. E la storia di "OGGETTO", un prodotto messo in vendita, che stando ai produttori dovrebbe avere proprietà benefiche molto speciali. Leggetela, ma sappiate che è una storia di fantasia. Forse.

Immaginate che A, un socio del Cicap (Comitato Italiano per il Controllo delle Affermazioni sulle Pseudoscienze) un giorno entri in un negozio specializzato in articoli sportivi, e trovi un espositore con scritto sopra "OGGETTO: riequilibratore energetico in grado di produrre effetti benefici immediati sulla propria forza, sul proprio equilibrio, aumentando la resistenza all'attività fisica. OGGETTO, oltre a questo, aiuta anche a proteggersi dalle radiazioni nocive dei cellulari." OGGETTO si può acquistare in diverse versioni, da quella basic (circa 50 euro) fino a quella professionale, oltre 100 euro.

Provare meraviglia pura con la "Baryon Acoustic Oscillation".

Un fantastico risultato scientifico sull'universo primordiale

La cosa più incredibile della cosmologia moderna è che possiamo osservare nell'universo odierno le tracce lasciate dalle condizioni estreme che erano presenti nell'universo primordiale, oltre 13 miliardi di anni fa. In quell'epoca non esistevano né stelle né galassie, la temperatura era di migliaia di gradi, e la materia era scomposta nei sui componenti fondamentali, principalmente nuclei di idrogeno e elio, elettroni e fotoni. E grazie alle nostre conoscenze di fisica, possiamo fare ipotesi sulle condizioni che dovevano essere presenti all'epoca, e possiamo metterle alla prova con le osservazioni sull'universo attuale. La cosmologia, oggi, è quindi una scienza sperimentale a tutti gli effetti.

Uno dei fenomeni a mio parere più incredibili e affascinanti che possiamo osservare nell'universo attuale, e che ci riporta indietro nel tempo facendoci rivivere l'universo di oltre 13 miliardi di anni fa, è quello che in gergo si chiama Baryon Acoustic Oscillation, l'oscillazione acustica dei barioni, detta BAO per fare prima. Nonostante il nome che invita qualunque non addetto ai lavori a passare oltre, la sua previsione teorica e la sua scoperta, avvenuta nel 2005, mostrano come la cosmologia oggi sia capace di fare cose meravigliose e di emozionarci.

L'universo primordiale, circa 13 miliardi e mezzo di anni fa, era costituito principalmente da 4 ingredienti fondamentali: i barioni, gli elettroni, i fotoni, e la materia oscura. C'erano anche un sacco di neutrini in giro, ma quelli erano ininfluenti, per cui li ignoriamo.

I barioni sono una categoria di particelle elementari, tra cui fanno parte i protoni e i neutroni. Senza stare a cavillare troppo, nel nostro caso chiamiamo "barioni" i nuclei carichi positivamente presenti nell'universo primordiale (principalmente Idrogeno e Elio). Essi sono infatti composti da protoni e neutroni.

Gli elettroni li conosciamo, sono particelle di carica negativa che, quando si legano ai nuclei (ai barioni, per restare nella nostra terminologia) danno luogo agli atomi.

I fotoni: per ogni barione presente nell'universo c'erano tra gli 1 e i 10 miliardi di fotoni. I fotoni quindi spadroneggiavano nell'universo primordiale: un'orda di delinquenti che, sbattendo dappertutto, impediva ai nuclei (i barioni) di unirsi agli elettroni per formare gli atomi. I fotoni, nell'universo primordiale, dettavano legge.

Poi c'era la materia oscura. Non sappiamo cosa sia di preciso, ma abbiamo prove indirette della sua esistenza. Sappiamo anche che la materia oscura non interagisce con la luce (altrimenti la vedremmo coi telescopi) e in generale deve interagire in modo estremamente raro e debole con la materia ordinaria, quella fatta di barioni e elettroni, che compone gli atomi. Se così non fosse l'avremmo già osservata direttamente e sapremmo cosa sia. So che alcuni dicono che la materia oscura potrebbe non esistere affatto, ma vi chiedo solo di arrivare fino in fondo a questa lettura, perché chi sostiene che la materia oscura non esista, ha un po' di problemi a descrivere le caratteristiche dell'universo primordiale (fonte, fonte).

La materia oscura fa quindi vita a se stante: non interagendo praticamente mai con la materia ordinaria. L'unica cosa che sa fare è attirare e attirarsi tramite il campo gravitazionale che essa stessa genera. E quindi, in quelle condizioni così estreme dell'universo di 13 miliardi di anni fa, se ne sbatteva alla grande dei protoni, degli elettroni e dei fotoni che c'erano in giro, e di tutto quello che essi combinavano. Per lei era come se non esistessero. L'unica cosa che era capace di fare, 300mila anni dopo il big bang (qualunque cosa possa significare il termine big bang, vedi a questo proposito qui) era "produrre forza di gravità". La materia oscura quindi si coagulava per conto proprio, beandosi della sua capacità di auto attirarsi gravitazionalmente.

E perché barioni e elettroni non risentivano dell'attrazione gravitazionale prodotta dalla materia oscura? In fin dei conti anche essi hanno massa, e quindi sentono la forza di gravità. In realtà ne risentivano anche loro, ma in mezzo a quel putiferio di fotoni che sbattevano loro contro in continuazione, l'effetto gravitazionale della materia oscura contava poco. In pratica i barioni erano sballottati come sotto il palco di un concerto degli Slipknot, dove la stragrande maggioranza del pubblico poga e si sbatte freneticamente. La forza di gravità tra barioni e materia oscura, quindi, non poteva contrastare se non in minima parte la pressione della radiazione elettromagnetica che permeava l'universo.

Per tornare all'analogia della folla al concerto, immaginate che in mezzo a una folla che poga freneticamente (il gas di barioni, elettroni e fotoni) ci siano alcuni di quei tipi che vendono le bottiglie di acqua minerale, tipicamente a prezzi da gioielleria (la materia oscura). Attorno ad essi si fermerà qualcuno particolarmente assetato,  e quindi si formeranno piccoli assembramenti di persone, ma lo sbatto generale impedirà che questi accrescano liberamente.

Quindi ogni singola porzione dell'universo poteva essere vista come un continuo competere fra forza di gravità, causata principalmente dalla materia oscura, che tendeva a produrre addensamenti locali, e la pressione di radiazione causata dai fotoni, che disperdeva la materia. La forza di gravità tende a coagulare, la pressione dei fotoni tende a dilatare, e quest'ultimo è l'effetto dominante, dato l'altissimo numero di fotoni.

Tutto questo produce delle oscillazioni, ovvero delle increspature nella densità della materia (i barioni e gli elettroni) presente nell'universo di allora, creando delle zone con un po' più di materia separate da zone con meno materia. E' come una molla sottoposta alla forza di gravità: la forza di gravità tira da una parte, i fotoni (la molla) tirano dall'altra. Il risultato è che si formano delle increspature nella densità di materia.

I fotoni presenti nell'universo, però, col tempo perdevano energia a causa dell'espansione dell'universo stesso. Ad un certo punto, circa 400 mila anni dopo il big bang, più di 13 miliardi di anni fa, anno più anno meno, la temperatura dell'universo è scesa a circa 3000 gradi Kelvin, il che implica che l'energia media di quei fotoni è diventata sufficientemente bassa da permettere ai barioni (i nuclei) e agli elettroni di unirsi assieme e formare atomi di idrogeno senza che alcun fotone spezzi quel legame. Prima di allora non c'era speranza: appena un elettrone provava ad avvicinarsi a un nucleo di idrogeno, subito arrivava un fotone spaccaballe a disturbare e distruggere il legame. A questo punto della storia dell'universo, però, i fotoni non hanno più l'energia sufficiente a rompere i legami tra nuclei e elettroni, che da lì in poi formano un legame stabile: nascono gli atomi. Questo momento cruciale della storia dell'universo viene chiamato "disaccoppiamento fra la radiazione elettromagnetica e la materia".

A quel punto i fotoni non sanno più che fare, a parte continuare a muoversi nell'universo, perché non trovano più cariche elettriche libere (i barioni e gli elettroni) con cui interagire. La loro energia media è infatti inferiore a quella necessaria a ionizzare gli atomi di idrogeno e di elio che popolano l'universo.  E quindi la materia, cioè gli atomi, diventano per loro improvvisamente trasparenti, essendo gli atomi oggetti privi di carica elettrica: i fotoni non li vedono.

Da quel momento in poi, quindi, quei fotoni improvvisamente disoccupati non potranno fare altro che vagare nell'universo, trasportando però in sé le caratteristiche dell'ultima loro interazione con la materia, esattamente come un fascio di luce che sbatte su un oggetto trasporta poi ai nostri occhi le caratteristiche dell'oggetto stesso, la forma, il colore etc. Quindi quell'ultima interazione di quei fotoni è letteralmente la fotografia dell'universo come era 400mila anni dopo il big bang.

Quei fotoni sono ancora oggi ovunque in giro nell'universo, e sono osservabili tramite opportuni strumenti. Si chiamano radiazione cosmica di fondo (link), una sorgente di preziosissime informazioni sull'universo primordiale.

E quindi, tornando all'universo un attimo dopo che l'energia dei fotoni è diventata troppo bassa per farli ancora interagire con i neonati atomi, cosa succede a questo punto alle oscillazioni della materia di cui parlavamo prima? A quelle piccole increspature con zone più dense e altre meno dense? Ricordiamo che esse erano causate da due forze che si opponevano: l'attrazione gravitazionale della materia oscura, e la pressione esercitata dai fotoni, dalla radiazione elettromagnetica. Ma quando avviene il disaccoppiamento fra radiazione e materia (che a quel punto era diventata atomi),  i fotoni, abbiamo visto, escono dal gioco, e quindi niente può più influenzare e modificare quelle micro increspature dell'universo di allora. Esse rimangono congelate, non più modificabili, se non per il fatto che aumenteranno di dimensioni a causa dell'espansione dell'universo, e nel frattempo serviranno a coagulare altra materia, attraendola gravitazionalmente. Esse rappresentano quindi i germi per la formazione delle galassie che osserviamo oggi.

In base al nostro modello di universo primordiale, ottenuto applicando le leggi fisiche che conosciamo, la distanza media fra queste increspature, all'epoca, era di circa 450000 anni luce, e questo aspetto si osserva effettivamente nelle caratteristiche della radiazione cosmica di fondo. Ma la cosa stupenda è che possiamo calcolare anche quanto dovrebbero essere grandi adesso questi addensamenti di materia, dopo oltre 13 miliardi di espansione dell'universo, applicando le regole della fisica che conosciamo, e il modello che crediamo valido dell'evoluzione dell'universo. E quindi cosa ci aspettiamo di osservare nell'universo attuale?

Nel frattempo l'universo si è modificato, e gli addensamenti di atomi di allora hanno coagulato altra materia, altri atomi, formando galassie. Quelle increspature primordiali, quindi, si sono trasformate nelle galassie di oggi. Pertanto, se tutto quello che abbiamo detto finora è vero, se la nostra visione dell'universo primordiale e della sua evoluzione è giusta, ci aspettiamo che a certe distanze reciproche particolari, corrispondenti a quanto nel frattempo si sono allontanate quelle increspature iniziali di materia, ci siano più galassie rispetto a ciò che ci si aspetterebbe da una distribuzione assolutamente casuale. Questa distanza dovrebbe essere oggi di circa 500 milioni di anni luce, confrontata coi 450 mila anni luce di oltre 13 miliardi di anni fa, quando aveva avuto origine. Questo fenomeno si chiama "Baryon Acoustic Oscillation" (BAO), perché è il risultato di oscillazioni acustiche, di onde di pressione nel mare di barioni dell'universo primordiale.

E quindi possiamo mettere alla prova tutto questo castello di idee, previsioni, teoria e calcoli, e andare a guardare come sono effettivamente disposte le galassie oggi, nell'universo che osserviamo coi telescopi. Se è vera tutta la storia che abbiamo ipotizzato, dovremmo aspettarci che, statisticamente, la distanza fra le galassie abbia una particolare preferenza per il valore di 500 milioni di anni luce.

Questa misura è stata fatta la prima volta nel 2005, e i risultati sono riassunti nel grafico qua sotto (fonte). Il grafico mostra, in opportune unità di misura, la distribuzione della distanza che separa le galassie. Più precisamente, essa mostra l'eccesso di probabilità che le galassie siano separate da una certa distanza, rispetto a quello che ci si aspetterebbe per una distribuzione uniforme. Si vede chiaramente che per piccole distanze la probabilità di trovare galassie è alta, come è normale che sia, perché le galassie tendono ad addensarsi in ammassi di galassie. All'aumentare della distanza la probabilità di trovare galassie cala, per poi però presentare un accumulo a circa 100-110 h-1 Mpc (milioni di parsec). Ovvero le galassie separate da quel valore particolare sono un po' più di quello che ci si aspetterebbe da una separazione uniforme e casuale. Siccome h vale circa 0.7, questa distanza corrisponde a circa 150 milioni di parsec. E siccome 1 parsec corrisponde a 3.26 anni luce, viene fuori che quell'accumulo di galassie che si vede nel grafico si ha per una distanza reciproca delle galassie di circa 490 milioni di anni luce. Esattamente come previsto. Poi ditemi se tutta questa storia non è un meraviglia incredibile! Come Shakespeare faceva dire a Amleto, "ci sono più cose in cielo in terra, Orazio, di quante ne sogni la tua filosofia".Non c'è bisogno di credere a cose che non esistono per provare stupore.

Alcune referenze più o meno divulgative: 

http://www.astro.ucla.edu/~wright/BAO-cosmology.html

http://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/bao/

http://www.scholarpedia.org/article/Cosmological_constraints_from_baryonic_acoustic_oscillation_measurements