Errori di comunicazione: quando gli scienziati non sanno prevedere cosa capirà il pubblico.

In questa pandemia si è molto parlato di errori di comunicazione da parte degli scienziati. Chi fa Scienza in effetti non sempre sa anche comunicare la Scienza, e a volte si dicono cose che gli altri scienziati sanno interpretare nel loro vero significato, ma che invece il pubblico interpreta in modo completamente diverso. E in certi casi l'interpretazione che ne viene data può essere molto sbagliata, se non addirittura controproducente per il messaggio che si vorrebbe veicolare.

E quindi, se non si è esperti di comunicazione e non si fa prima l'esercizio di immedesimarsi nella mente del pubblico medio, il rischio è che affermazioni proferite in buona fede e con un significato scientifico ben chiaro agli scienziati possono trasformarsi in mostruosità per chi ascolta dal divano di casa.

Il problema nasce anche dal fatto che oggi la Scienza è diventata "pop". Lo scienziato è pop, la scoperta scientifica, anche se non ci capisci niente, è diventata pop, e ti ritrovi eventi pubblici dove si parla di neutrini o onde gravitazionali in cui la gente si accalca per entrare, perché vuole sentire la Scienza raccontata dai diretti protagonisti, e non dai giornalisti scientifici. Una volta, anche solo in tempi recenti, non era così. Solo una ventina di anni fa al Cern, alla fine del progetto Lep, si credeva di avere "quasi scoperto" il Bosone di Higgs. Il tutto, oggi lo sappiamo, era una banale fluttuazione statistica neanche troppo degna di essere raccontata, ma all'epoca ci fu un gran dibattito all'interno della comunità degli addetti ai lavori. Tuttavia a nessuno venne in mente di chiamare giornalisti o tv per pubblicizzare la presunta scoperta. Oggi non sarebbe così, e infatti i neutrini superluminali, che nel tempo di una settimana si sono trasformati da scoperta epocale di quelle che ti fanno riscrivere i libri di fisica a uno stupido cavetto collegato male, hanno guadagnato le prime pagine dei giornali.

Quindi lo scienziato, a volte suo malgrado, a volte per sua stessa iniziativa, è chiamato sempre più spesso a comunicare direttamente, in prima persona, il suo lavoro al pubblico. Ma il problema è che il pubblico spesso sa poco di Scienza, per cui non è detto che capisca, oppure, e questo è anche peggio, può capire in modo molto sbagliato. E quindi diventa sempre più importante imparare a cautelarsi su questo aspetto, imparando a prevedere come il pubblico interpreterà le frasi che diciamo.

Ecco quindi una serie di affermazioni tipiche ma molto fuorvianti che ho sentito più volte dire da scienziati, anche famosi, nel campo che conosco meglio, che è la fisica delle particelle elementari. Sono affermazioni che io reputo errori di comunicazione grossolani, da evitare assolutamente, perché vorrebbero stupire, ma rischiano invece di essere interpretati da un comune cittadino in modo molto distorto. In alcuni casi la cosa si traduce semplicemente in un fraintendimento, ma in molti altri casi può avere l'effetto di generare preoccupazione verso l'attività degli scienziati e la Scienza in genere, della serie "ma ci possiamo fidare di questi pazzi?".

LHC è il luogo più caldo dell'universo: al suo interno si raggiungono temperature 100mila volte maggiori dell'interno del Sole. L'ho sentito dire un sacco di volte. Come a voler intendere "visto che figate che sappiamo fare?". Invece mio padre, che di me tutto sommato si fida, un giorno mi ha detto: "Senti, ma ho sentito di queste temperature enormi che create sottoterra. Oh, ma possiamo stare tranquilli? Non è che combinate un casino!?". D'altra parte questo è ciò che viene in mente di primo acchito a qualunque persona inesperta di fisica ascoltando quella frase. Il punto fondamentale che invece bisognerebbe spiegare molto chiaramente è che quella non è una vera temperatura. Anzi, non è affatto una temperatura! Quella frase sta a significare che le singole collisioni fra coppie di protoni nell'acceleratore, in termine di energia, corrispondono a quelle che si avrebbero se avessi un gas di protoni a una temperatura pari a 100mila bim bum bam volte l'interno del Sole. Ma al Cern sono solo due protoni alla volta che si scontrano! Non c'è nessun gas incandescente, dentro l'acceleratore! Non c'è nessuna quantità macroscopica di materia a quella temperatura. Capisco che dire tutto questo è complesso e ridimensiona lo stupore. Però se non lo dici, se non sei ultra chiaro su questo aspetto (e non è per niente facile essere chiari se stai parlando a un pubblico che non sa molto di fisica) la gente, che queste cose non le sa, è garantito che come reazione immediata si preoccupa. D'altra parte sarebbe una bella pretesa credere che la gente pensi subito: "Ah, giusto, perché E è uguale a kT, e quindi posso assimilare l'energia di ogni singolo protone all'energia che avrebbe un protone all'interno del Sole dove la temperatura è di svariati milioni di gradi." La gente, ovviamente, la prima cosa che pensa è che la sotto c'è un blob di roba mostruosamente incandescente che Dio solo sa come fai a maneggiarlo, e che se ti sfugge di mano fondi mezza Ginevra.

A LHC ricreiamo il Big Bang!  Questa "vulgata" è talmente diffusa che il giorno in cui è stato acceso per la prima volta LHC - mi trovavo a Londra - il Times titolò: "The World Survives the Big Bang". Ecco: un fisico che dice in TV o a una conferenza pubblica che a LHC si cerca di replicare il Big Bang per me andrebbe preso, gli si mette un bel camicione arancione, e lo si porta a Guantanamo per la rieducazione, che consiste nell'obbligo di guardarsi 24 ore su 24 la collezione integrale degli interventi televisivi di Paolo Fox. Ovviamente a LHC non si ricrea nessun Big Bang, e ciò che si intende è che le collisioni fra singoli protoni, protone contro protone, che si verificano all'interno dell'acceleratore, hanno energie comparabili con quelle che caratterizzavano l'Universo primordiale, nei suoi primi istanti di vita. Che peraltro lo stesso discorso vale anche per gli acceleratori che c'erano 20, 30, 40 anni prima di LHC. Tutti i moderni acceleratori sondano energie che, a livello di urti fra singole particelle, sulla Terra non avvengono se non nei raggi cosmici, e caratterizzavano invece l'Universo primordiale. Ma figuriamoci se si cerca di replicare il Big Bang! Frase che peraltro, cattive interpretazioni a parte, è del tutto priva di senso e equivale all peggiore divulgazione-spazzatura. Però proprio ieri, in una chat di un gruppo che dovrebbe essere scientifico, un tipo scriveva che al Cern hanno riprodotto il big bang e sotto altri commentavano  che al Cern sono tutti pazzi. Complimentoni per il bel risultato!

A LHC si sta cercando di produrre buchi neri. Anche qui... Santo Cielo! Tutti, ma proprio tutti, anche quelli che confondono il big bang con l'orologio di Londra, sanno che i buchi neri sono peggio del Dyson, e si ciucciano qualunque cosa gli capiti a tiro, che poi al massimo se ti va bene lo rivedi in un altro Universo. E nonostante l'aura demoniaca che i buchi neri hanno per il grande pubblico, questi vanno a dire in prima serata, candidi come scolaretti, che a LHC si vorrebbe tanto produrre un buco nero ma purtroppo finora niente, ma tranquilli...siamo fiduciosi di farcela! Cosa credono che possa pensare un normale cittadino che di fisica non sa niente? "Oh, che bellooooo! Speriamo che lo producano questo buco nero, così lo andiamo a visitare e ci portiamo anche la nonna, e facciamo un bel viaggio spazio-temporale!". Giustamente, invece, si preoccupano, e dicono "ma questi scienziati sono tutti matti!".

Però alcuni, i più coscienziosi, come a voler rimediare specificano: "oh, tranquilli, anche se dovessimo produrli, i buchi neri poi evaporano! Lo ha previsto Hawking!". Adesso, ragioniamo un attimo e mettiamoci nella testa di uno qualunque, tipo mio padre. Mio padre potrebbe dire: "e se Hawking si è sbagliato?" Se si è dimenticato di fare il doppio prodotto, in tutta quella marea di conti, e gli veniva che evaporano subito, e invece non è vero, e questi buchi neri poi si ciucciano tutta la Terra come un verme dentro una mela? Come la mettiamo? "Eh, scusate, Hawking si era sbagliato, la Terra smetterà di esistere fra un paio di giorni".

Io, che faccio il fisico, onestamente non mi fiderei così ciecamente della previsione di Hawking, con tutto il rispetto. Non in questo caso! In fin dei conti è solo una previsione teorica, che nessuno, ma proprio nessuno ha mai verificato. Né, mai nessuno, ha mai visto un buco nero evaporare! Anzi, vi dirò: a me fa proprio ridere la gente che in rete scrive "MA TANTO EVAPORANO!!!", come se fosse una cosa scontata. E se poi non evaporano, perché si instaura un processo che ancora non conosciamo, cosa dici? "Ah, scusate... ci siamo sbagliati... Adesso però c'abbiamo sto buco nero che si aggira di qua e di là, e ci sembra anche che ieri fosse più smilzo. Qualcuno sa per caso come smaltirlo? Andrà nell'indifferenziato?".

Se invece mi fido di LHC, e del fatto che i suoi eventuali micro buchi neri, dovessero mai essere prodotti, sarebbero assolutamente innocui, che evaporino o meno, non è certo perché l'ha detto Hawking (con tutto il rispetto...) ma è perché questi eventuali micro buchi neri quantistici, che esisterebbero qualora la gravità fosse bla bla etc etc...in eventuali extra dimensioni submillimetriche bla bla etc etc..., insomma, questi micro buchi neri, qualora fossero ammessi dalle leggi della Natura, sarebbero stati già prodotti in abbondanza nei raggi cosmici che da svariati miliardi di anno colpiscono costantemente la Terra con energie a volte perfino superiori alle energie dei protoni di LHC. Questo ci rende tranquilli che un eventuale buco nero prodotto a LHC sarebbe soltanto interessante dal punto di vista scientifico senza risucchiarci tutti, e non il fatto che Hawking ha previsto che tanto evaporano! (Sempre con tutto il rispetto!) E lo stesso discorso vale per tutte le possibili stranezze che si potrebbero produrre a LHC, se la Natura avesse deciso che così deve essere: se queste stranezze fossero possibili, sarebbero state già prodotte in abbondanza nelle interazioni dei raggi cosmici nei miliardi di anni in cui noi non c'eravamo ancora ma la Terra e l'Universo sì, e il fatto che siamo ancora tutti qui a cazzeggiare significa che quei processi, qualora dovessero avvenire, non possono essere nocivi. Lo so, è lungo da dire, e rischi di far calare l'audience, ma se l'alternativa è che dal salotto di casa i telespettatori ti danno del pazzo scriteriato, forse è un prezzo che vale la pena pagare.

Al Cern produciamo antimateria. Ecco: Dan Brown allora aveva ragione, e questi pazzi vogliono distruggerci! Già ci vedi la Gianotti che esce dall'ufficio con una 24 ore che tiene legata al polso con una catenella di Niobio-Titanio, che di sicuro contiene qualche chilo di antimateria da dare agli Illuminati, che poi la spargeranno con le scie chimiche e i vaccini attivandola poi tramite il 5G e i microchip sottopelle, perché tanto quelli del Cern hanno l'antidoto. Dicendo che al Cern si produce antimateria, che è vero, occorrerebbe anche far presente subito dopo che produrre antimateria è un processo estremamente complesso e costoso, e che per i fisici anche alcuni singoli antiatomi sono sufficienti per dire che si produce antimateria.  Quindi al Cern è vero che si produce antimateria, ma in quantità estremamente irrisoria per farci saltare tutti in aria, ma sufficiente per studiarne le proprietà, che è ciò che interessa alla Scienza. Infatti il totale di antimateria finora prodotta artificialmente al Cern e nel resto del mondo in esperimenti analoghi equivale a una decina di miliardesimi di grammo. Un po' poco per distruggere il mondo, considerato che particelle di antimateria sono presenti in modo assolutamente naturale anche dentro le banane, quelle che diamo ai bambini perché sono buone e fanno bene. Anche questo, già che ci siamo, andrebbe detto in prima serata. Per vedere l'effetto che fa, come cantava Iannacci.

E poi c'è Zichichi, con perché un piatto di spaghetti non esplode e tutto il resto del suo campionario, ma questo è un caso a parte, che rimando a un articolo dedicato.

La Terza Dose e la Statistica di Bayes.

 

Su un gruppo di no-vax e no-green-pass leggo questo scambio di battute.

A parte le reazioni non raccontabili che mi vengono d'istinto, questo dialogo, che sintetizza un punto di vista che è comunque abbastanza trasversale e diffuso, è l'ennesima dimostrazione di quanto la cultura scientifica sia da sempre lontana dalla cultura media della società. Di nuovo, a costo di ripetermi e diventare noioso, è del tutto inutile insegnare la chimica e la fisica con programmi scolastici sulla carta sterminati, se poi non si riesce a comunicare la mentalità scientifica, l'approccio scientifico alle cose del mondo. Il risultato sarà che quelle nozioni probabilmente verranno comunque dimenticate e di Scienza non resterà nulla, tantomeno quel modo di ragionare che fa la differenza con le chiacchiere da bar.

Questo scambio di battute, nell'intento dei partecipanti, si può riassumere dicendo che gli scienziati che si occupano dei vaccini non hanno idea delle loro affermazioni: prima dicono due dosi, poi tre, e pertanto brancolano nel buio. E quindi la conclusione ovvia è che di essi e della Scienza non possiamo fidarci.

Gli errori di comunicazione da parte degli scienziati verso il pubblico certamente ci sono e ci sono stati (anche gli scienziati sono esseri umani, e a volte un microfono davanti alla bocca gioca brutti scherzi), ma il problema di fondo è che quegli errori di comunicazione vanno poi a cadere nel mare di grande ignoranza del metodo scientifico che affligge cittadini, politici e giornalisti, con il risultato che le due cose assieme generano mostri come questo scambio di opinioni. Se la società avesse gli anticorpi, ovvero la consapevolezza di come procede la Scienza, e conoscesse la capacità di ragionare secondo la Scienza, anche gli errori di comunicazione da parte degli scienziati avrebbero un effetto più blando nel generare confusione.

Dove sta il problema in questo caso? Nel non avere idea di come si costruisca il sapere scientifico. E di questo voglio parlare.

Sostanzialmente la Scienza, quando si trova ad analizzare un certo fenomeno, procede cercando di rispondere continuamente a questa domanda: alla luce dei dati che conosco già, e in base ai nuovi dati che ho appena acquisito, qual è la probabilità che il modello che ipotizzo descrivere il fenomeno che sto studiando sia corretto? E quindi qual è la probabilità che le previsioni che da quel modello posso trarre siano vere?

Notate che questa probabilità è una probabilità un po' strana. Non è il calcolo delle probabilità che si studia a scuola che, salvo casi rarissimi, riguarda il solito lancio dei dadi, o la probabilità di fare un terno, di pescare tot palline rosse e nere in una scatola, e cose del genere. Il calcolo delle probabilità nel mondo reale, e quindi anche nella Scienza, nella maggioranza dei casi è un'altra cosa, ed è quello che abbiamo prima menzionato. In questo caso la probabilità equivale a chiedersi: quanto ci scommeterei che quello che sto dicendo sia vero?

Di primo acchito questa definizione di probabilità (si chiama Bayesiana, in matematica) può lasciare interdetti. Però, se ci pensiamo bene, la totalità delle nostre azioni e delle decisioni che ci troviamo a dover prendere nella vita non sono mai basate su probabilità tipo lancio di dadi, o estrazione dei numeri del Lotto. Tutte le decisioni che prendiamo, e che quindi si basano su quanto crediamo corrette le nostre valutazioni dei fatti, non si basano sulla statistica che generalmente si studia a scuola (che si chiama statistica "frequentista", in gergo, perché basata su frequenze ben note di accadimenti di certi fenomeni, tipo l'uscita del rosso o del nero, di un ambo al Lotto e simili), ma sulla probabilità cosiddetta "condizionata".

Condizionata a cosa? Condizionata a ciò che sappiamo già, e alle osservazioni che abbiamo appena effettuato su quel fenomeno. Infatti la domanda che continuamente ci poniamo, nella Scienza come nella nostra quotidianità, quando ci confrontiamo con qualcosa di nuovo è del tipo: che probabilità c'è che una certa affermazione sia vera, alla luce di tutto quello che già conosco?

Facciamo un esempio: le previsioni del tempo. Come si fanno le previsioni del tempo? Supponiamo di voler sapere adesso, nella seconda metà di Novembre, che tempo farà a Natale. Possiamo fare una serie di misure sui parametri atmosferici e meteorologici di oggi, e darli in pasto a un computer, con tutti i nostri migliori programmi di predizione meteorologica. All'inizio, prima di fare questa operazione, la nostra previsione su che tempo farà a Natale sarà agnostica: non ne abbiamo idea. Dopo questa procedura avremo una risposta, sebbene estremamente vaga. La nostra previsione basata sulle osservazioni di oggi non è più agnostica, ma si traduce in un risultato che è comunque estremamente incerto per il meteo di Natale, per il semplice fatto che fra qui e Natale possono intervenire nuovi fattori ad alterare le nostre previsioni.

Però, reiterando questa procedura nei giorni e nelle settimane successive, usando ogni volta come punto di partenza il risultato della previsione precedente, si potranno via via integrare e affinare le previsioni con nuove osservazioni e correggere il tiro, e man mano la previsione di che tempo farà a Natale sarà sempre più probabile, ovvero più credibile, tanto che tre o quattro giorni prima la previsione, arricchita dalle nuove informazioni che ho acquisito nel frattempo, sarà altamente probabile. Quindi il fatto che le previsioni meteo cambino man mano che ci si avvicina alla data di cui si vuole sapere la previsione non significa che quelli delle previsioni meteo "non ci capiscono niente", e che una volta dicono una cosa una volta un'altra. Significa che la previsione meteo si aggiusta e diventa più probabile proprio grazie ai dati che nel frattempo vengono raccolti.

Cosa vuol dire probabile in questo caso? Vuol dire quanto ci scommetteremmo sopra. Non è una probabilità frequentista, tipo il lancio di una moneta, ma una probabilità condizionata a quello che già sappiamo, che abbiamo osservato sul meteo e sulle condizioni atmosferiche nei giorni precedenti, e su ciò che sappiamo su come funziona l'atmosfera, i venti, le correnti calde e fredde etc, che ci permette di rendere sempre più probabile, sebbene mai assolutamente certa, la previsione per il tempo che farà a Natale.

E questo modo di procedere è con noi, oserei dire "dentro di noi", continuamente, ogni giorno, per qualunque cosa facciamo e di cui vogliamo valutare la probabilità. E' la statistica "Bayesiana", da Thomas Bayes, un matematico e monaco presbiteriano inglese del 1700, che per primo formalizzo questo tipo di calcolo delle probabilità.

Se ad esempio decidiamo di investire del denaro in azioni, lo facciamo in base all'andamento di quelle azioni, e a ciò che già conosciamo su come si comportano quelle azioni. Non abbiamo la certezza del risultato, ma la nostra convinzione sulla giustezza o meno dell'investimento viene modellata e costruita osservando ciò che nel frattempo accade e è accaduto, tramite un processo di tipo Bayesiano.

Provate a pensarci: tutta la nostra vita, ogni nostra decisione, ogni nostra opinione, su qualunque argomento, è un continuo aggiustare le nostre convinzioni in base a ciò che già conosciamo, che sperimentiamo, e che impariamo di nuovo nel frattempo. 

Io ad esempio non avevo mai fatto la besciamella. Ho letto la ricetta, ma la prima volta che ho provato a farla l'ho buttata. Però, da quell'esperienza, ho capito che avevo messo troppa farina. La volta dopo ne ho messa di meno, e è venuta una cosa dignitosa, anche se decisamente migliorabile. La volta dopo, quindi, ho messo un po' più di latte, perché dall'esperienza precedente avevo capito che quello avrebbe aiutato, e insomma, adesso so fare una besciamella che mi sento di definire buona. Il tutto è avvenuto partendo da una posizione che potremmo definire "agnostica" (come gli scienziati per il Covid, o come i meteorologi per le previsioni meteo a Natale, neanche io sapevo molto della besciamella, se non un po' di teoria generica). Però, in seguito al risultato ottenuto, ho fatto ipotesi su come avrei potuto migliore il risultato successivo, e iterando questo processo sono arrivato a definire più che soddisfacente la mia ricetta della besciamella. Inconsciamente ho applicato l'approccio Bayesiano: dalle osservazioni ho fatto ulteriori ipotesi sulle azioni successive da intraprendere, stimando di volta in volta cosa sarebbe potuto accadere, fino ad arrivare a un risultato certamente ancora migliorabile, ma comunque ottimale per il mio scopo.

Anche la scienza, in ultima analisi, funziona così. Tutti i risultati scientifici si basano su una credibilità che si costruisce e si modifica nel tempo in base alle osservazioni, ai risultati positivi o negativi che si ottengono.

Tutto questo modo di analizzare i dati, che se ci pensiamo bene è il nostro modo usuale di comprendere il mondo da sempre, è descritto dalla statistica Bayesiana, che sostanzialmente si occupa di valutare quanto sono vere certe affermazioni su un dato fenomeno, in base a ciò che osserviamo e conosciamo di quel fenomeno.

E cosa c'entra questo con i vaccini?

C'entra perché anche per i vaccini le nostre conoscenze sull'efficacia delle vaccinazioni si affinano nel tempo all'aumentare dei dati raccolti, così come si affinano le previsioni del meteo all'aumentare dei dati meteorologici, o come si affinano le conoscenze sulla realizzazione della besciamella all'accumularsi dei "risultati sperimentali".

Il vaccino anti Covid, così come il Covid stesso, non esistevano fino a due anni fa. La nostra conoscenza sugli effetti del virus e del suo vaccino è cresciuta e cresce nel tempo all'aumentare dei dati. A me ad esempio fanno ridere quelli che dicono di non volersi vaccinare perché non si conoscono gli effetti a lungo termine del vaccino. E' certamente vero in linea di principio, sebbene il vaccino sia stato sviluppato seguendo tecniche già ben note da chi si occupa professionalmente di realizzare vaccini. Ma allo stesso tempo bisognerebbe anche chiedersi: e gli effetti  a lungo termine del virus si conoscono? Anche il virus è una novità! Le nostre conoscenze aumenteranno quindi sia sul virus che sul vaccino, e magari cambieranno ancora con il crescere dei dati. Ma se cambieranno non sarà perché gli scienziati "non hanno idea di ciò che dicono", ma proprio perché più passa il tempo e più hanno idea di ciò che dicono! E' così che funziona la Scienza, perché così funziona il nostro modo di comprendere il mondo.

Quindi la convinzione, che in alcuni diventa a volte una pretesa, che la scienza scolpisca nella pietra le proprie affermazioni, e non debba più rivederle alla luce dei nuovi dati, significa non avere capito nulla non solo di come funzioni la Scienza, ma di come funzioni in generale il modo di interfacciarsi e comprendere il mondo da parte degli esseri umani. E permettetemi, non è solo una manifestazione di ignoranza, ma anche di una discreta stupidità, di cui sarebbe bene non andare fieri.

Rivedere dal vivo un evento già avvenuto, metti caso ve lo siate perso.

Con le Supernove è possibile.

Metti caso che eravate allo Stadio Azteca di Citta del Messico il 17 Giugno 1970, durante il secondo tempo supplementare di Italia-Germania, semifinale dei Mondiali di Calcio. Il risultato era sul 3 a 3, e l'Italia stava attaccando. La palla arriva a Boninsegna, che scatta sulla sinistra e poi butta la palla verso il centro, un po' indietro, e propro in quel momento qualcosa vi distrae, e distogliete lo sguardo per un attimo. Sentite un boato di folla, e quando rivolgete di nuovo lo sguardo verso il campo di gioco vedete la palla dentro la rete tedesca, e gli azzurri che si abbracciano. Eravate proprio lì, ma vi siete persi un gol che resterà mitico, quel tiro di piatto di Riverà che farà vincere l'Italia 4 a 3 in quella che verrà ricordata come una delle partite più emozionanti della storia del calcio.

Vorreste fare un rewind, vorreste modificare per un attimo le leggi della fisica e tornare solo per un momento indietro nel tempo, per rivedere e rivivere in diretta quel momento che per vostra distrazione vi siete persi, ma non si può. Il tempo va solo avanti, e un evento passato non si può riportare al presente.

"Un evento passato non si può riportare al presente". 

Per forza: se è passato, è passato, e se ce lo siamo perso, se eravamo distratti, niente ce lo potrà far rivivere in diretta. Al massimo possiamo sperare che qualcuno lo abbia registrato con qualche telecamera per farcelo rivedere.

Nell'ottobre 2014 una Supernova di tipo Ia, una stella che esplodendo diventa luminosissima, viene ripresa dal telescopio Hubble nello stesso campo dell'ammasso di galassie MACS J1149+2223. La luce emessa dalla Supernova, che verrà chiamata Supernova Refsdal, in onore dell'astronomo norvegese Sjur Refsdal, ha viaggiato per più di 9 miliardi di anni prima di arrivare allo specchio di Hubble. Ma la cosa interessante è che la sua immagine appare contemporaneamente in 4 punti diversi all'interno di MACS J1149+2223.

Questo è infatti dovuto all'effetto, ben noto e osservato in molti altri casi, di "gravitational lensing". In  pratica la luce della Supernova, che è ben più distante dell'ammasso MACS J1149+2223, il quale dista "solo" 5 miliardi di anni luce, incontrando l'enorme massa dell'ammasso lungo il suo percorso verso Hubble, viene da essa curvata gravitazionalmente come passando attraverso una lente, e in questo modo riusciamo a vederla contemporaneamente in più punti diversi. E' un fenomeno previsto dalla Teoria della Relatività Generale ormai ben noto.

                          

 Le posizioni dove è apparsa la Supernova Refsdal nel 2014, e la posizione prevista per la sua riapparizione nel 2015

Tuttavia stavolta succede qualcosa di speciale: gli astronomi prevedono che ulteriori immagini dello stesso evento dovranno rendersi visibili in seguito, in base alla distorsione che il campo gravitazionale dell'ammasso introduce sui percorsi della luce emessa dalla Supernova nell'arrivare fino a noi. Quindi prevedono che ulteriori immagini della stessa esplosione, dello stesso e unico evento fisico, quello che normalmente riterremmo ormai appartenere al passato, saranno nuovamente visibili entro circa un anno. E infatti la stessa Supernova, o meglio lo stesso evento, quello che pensavamo appartenesse ormai al passato, si ripropone in un replay perfetto dopo circa un anno, nel Dicembre 2015, facendo ricomparire la stessa esplosione osservata un anno prima proprio dove gli astronomi avevano previsto.

 

 

 

La Supernova Refsdal appare dove precedentemente previsto, tra Ottobre 2015 (quando non era ancora visibile) e Dicembre 2015. L'incertezza temporale dell'esatta riapparizione è dovuta ai cicli di misura del Telescopio Hubble.

Ora, pensandoci bene: ma non è una cosa fantastica? Noi stiamo vedendo lo stesso evento fisico accadere più volte, in tempi diversi.

Questi eventi non sono così rari nell'Universo. Nell'ammasso di galassie MACSJ0138, la Supernova Requiem è apparsa in tre punti diversi simultaneamente nel 2016, per poi scomparire a breve, come è normale per una Supernova. Ma si prevede che ci sarà una replica dello stesso evento fra una ventina di anni, nel 2035, con un incertezza di un paio di anni in più o in meno. Chi si è perso l'evento, potrà rivederlo in diretta, perfettamente replicato. Gli astronomi calcolano anche che la stessa Supernova sia stata visibile una cinquantina di anni fa, come singola immagine, in un altro punto dell'ammasso. Solo che nessuno se ne era accorto, perché all'epoca non c'erano tecniche di osservazione dell'Universo distante così sofisticate come oggi.

Insomma, lo stesso evento, fisicamente lo stesso, esattamente lo stesso, che ci appare accadere più volte a tempi diversi. L'idea che il passato sia unico e irripetibile non è più vera nell'Universo su grande scala. Non è fantastico? Quanti filosofi avrebbero potuto immaginare un evento del genere come realmente possibile?

 

 Nell'immagine a sinistra, dentro i cerchietti, la Supernova Requiem nella sua triplice copia nell'anno 2016. A destra, nel 2019, nei cerchietti non c'è più nulla: la Supernova Requiem si è spenta. Il cerchietto in alto a sinistra è dove si ipotizza debba apparire nel 2035.

Ulteriori dettagli su:

https://arxiv.org/pdf/1512.04654.pdf

https://viewspace.org/interactives/unveiling_invisible_universe/dark_matter/supernova_refsdal 

https://www.media.inaf.it/2021/09/16/ritorno-al-futuro-della-supernova-requiem/

Un (ennesimo) esempio di scarsa conoscenza del metodo scientifico

Qualche giorno fa, su un gruppo scientifico di Facebook, mi sono imbattuto in una discussione  che riguardava la misura della vita media del fotone. Una misura di questa quantità affermava che la vita media del fotone è maggiore di un miliardo di miliardi di anni. Le reazioni di alcuni, a commento della notizia, erano del tipo: "ma che sciocchezza, ma che senso ha, ma cosa vuol dire un miliardo di miliardi di anni!"

In effetti l'universo esiste "solo" da circa 13 miliardi di anni, quindi che senso ha dire che le misure sulla vita media del fotone indicano che quest'ultimo possa vivere almeno per un miliardo di miliardi di anni? Come può una misura indicarci che qualcosa vive molto più del tempo passato finora dall'inizio dell'Universo?

Quello che in realtà mi ha fatto riflettere, leggendo i vari commenti, è la difficoltà di interpretare un risultato "nullo" da parte del pubblico. Che poi in questo caso si tratterebbe, almeno in teoria, di un pubblico interessato alla scienza, anzi alla fisica. Questo è a mio parere uno dei tanti argomenti che la scuola dovrebbe insegnare, concentrandosi quindi sul metodo e sull'approccio scientifico ai problemi, invece che proporre programmi sterminati quanto inutili. Lo so, rischio di essere monotono, ma l'incapacità diffusa di ragionare in modo scientifico ha mostrato tutti i suoi effetti in questi due anni di pandemia, durante i quali certi rappresentanti delle istituzioni e della cultura, come si usa dire, hanno perso ottime occasioni per tacere, manifestando tutta la loro ignoranza scientifica, che non è non sapere di Scienza, ma è piuttosto non avere alcuna dimestichezza con il pensare scientifico. E non credo sia una cosa di cui vantarsi.

Il problema della vita media del fotone, di per sé irrilevante nella vita di tutti i giorni, si può infatti estendere ad altri casi, molto diversi nello specifico, che possono riguardare ad esempio la salute o la società, e che implicano eventi estremamente rari, di cui non abbiamo evidenze. Cosa possiamo dire, dal punto di vista scientifico, su qualcosa che non abbiamo finora mai osservato, ma che in linea di principio potrebbe accadere? Possiamo concludere che non può accadere semplicemente perché nessuno lo ha mai visto accadere? Oppure, dal punto di vista scientifico, possiamo dare una risposta un po' più completa?

Per rispondere prendiamo il nostro fotone, o meglio ancora potremmo prendere un protone. Infatti, se ci può sembrare assurdo e sconfinante nel ridicolo affermare che un fotone viva "almeno" un miliardo di miliardi di anni, quando l'universo esiste "soltanto" da 13 miliardi di anni, beh... le misure sulla vita media del protone indicano che ognuno di questi oggetti vive almeno un miliardo di miliardi di miliardi di miliardi di anni. 10 elevato alla 36 anni, grosso modo, rispetto ai 10 elevato alla 10 anni dell'età dell'universo.

 

Questa figura non c'entra nulla con il contenuto dell'articolo, ma è una figura senza copyright. E una figura, si sa, ci vuole sempre.

 

Questa determinazione di quanto "come minimo" può vivere un protone nasce dal fatto che tutti gli esperimenti che hanno cercato di misurare la vita media del protone, cioè il tempo dopo il quale un protone muore (ovvero si trasforma in qualcos'altro), in realtà non hanno mai visto nemmeno un protone morire. Esattamente come per il fotone.

Ma come faccio a stimare la vita media di qualcosa che non vedo accadere mai, come il decadimento di un protone?

La misura si basa sul fatto che viene tenuto sotto osservazione un numero grandissimo di protoni (ad esempio quelli contenuti in una piscina piena di acqua) per - mettiamo - 10 anni, e in tutto quel tempo non si è mai visto nemmeno un protone decadere. Questo non significa che il protone non possa decadere in assoluto, ma vuol dire che se lo fa, lo fa molto molto raramente, così raramente da impedirmi di vedere anche un solo decadimento su 10 anni di osservazioni di un numero elevatissimo di protoni, quanti ce ne sono in una piscina piena d'acqua. Il fatto di tenere sotto osservazione un numero così enorme di protoni mi permette di sperare di osservarne almeno uno schiattare dopo solo qualche anno quando in media, se guardassi un singolo protone, questo avverrebbe in miliardi di miliardi di miliardi etc di anni. Su tanti (tantissimi in questo caso) qualcuno che differisce significativamente dalla media c'è sempre. Il tutto è ovviamente ben quantificato da leggi matematiche su cui adesso non è il caso di discutere.

Quindi, nel caso di un risultato nullo, cioè un esperimento in cui non ho osservato il fenomeno, non sono autorizzato a dire che quindi non può accadere, ma posso solo concludere che, in base al tipo di esperimento che ho fatto, se dovesse accadere, accadrebbe in modo sufficientemente raro, dove quel sufficientemente viene quantificato dal tipo di tecnica, di esperimento e di campione statistico che ho utilizzato. Posso quindi stabilire quanto al massimo può essere frequente il fenomeno, da impedirmi di osservarlo con il metodo sperimentale che ho usato.

Per capirci: se volete sapere ogni quanto passa l'87, e andate alla fermata e aspettate 10 minuti, se dopo quei 10 minuti l'87 non è passato non potete concludere che l'87 non passi MAI. Potete però certamente escludere che passi mediamente ogni minuto, o ogni qualche minuto, perché altrimenti probabilmente lo avreste visto passare, ma non potete escludere che passi in media ogni 15, 20, o 40 minuti. Il vostro esperimento non è sufficientemente sensibile da accorgersene.

Se però, invece di controllare una sola fermata, mandate tutti i vostri amici ognuno a una fermata diversa ad aspettare l'87 per 10 minuti, e nonostante ciò nessuno dei vostri amici, nei 10 minuti di attesa, vedrà passare l'87, allora potrete concludere che l'87 passa certamente dopo molto più di 10 minuti, perché altrimenti qualche vostro amico, nei suoi 10 minuti di attesa, lo avrebbe visto passare alla sua fermata. In altri termini più amici usate, e più tempo ciascuno aspetterà alla fermata, tanto più il passaggio dell'87 risulterà infrequente se nessuno dei vostri amici lo vedrà passare nel suo tempo di attesa. Tuttavia questo non può escludere in toto il passaggio dell'87, che magari è un bus notturno o passa solo d'estate, ma rende il suo passaggio significativamente raro.

La morale è quindi che nella Scienza un risultato nullo non significa che quell'evento non possa avvenire. La scienza non può dire questo. Se lo facesse vi prenderebbe in giro.

Perché ho fatto tutto questo preambolo? Perché alcuni vorrebbero essere presi in giro dalla Scienza. Ad alcuni piacerebbe che la Scienza dicesse loro: stai tranquillo, questa cosa non può accadere!

Ultimamente abbiamo assistito a polemiche sugli effetti avversi dei vaccini, con frasi del tipo: "vogliamo avere la certezza che i vaccini non producano reazioni avverse! La scienza dia risposte certe!". Questo articolo ci racconta bene il folklore di queste pretese, e contiene anche molte riflessioni interessanti.

Il punto è che la frase "vogliamo avere la certezza che non ci siano casi avversi da vaccinazione", dal punto di vista scientifico, equivale a dire "vogliamo avere la certezza che un protone non decada mai". Questa certezza, per la scienza, non esiste. Se la Scienza vi dicesse che 10 alla 35 anni significa mai, vi prenderebbe in giro. Significa molto molto raramente, ma non significa "mai"!

Quindi chiedere alla Scienza che ci dica che un vaccino certamente non produce mai effetti avversi, chiedere la certezza di ciò, significa chiedere di essere presi in giro.

Una caratteristica delle fedi, delle pseudoscienze, dei santoni, i maghi e certe presenze fisse da salotto televisivo, è che tutti propinano certezze. Per chi vuole essere preso in giro sono perfetti.

Terminato di scrivere questo articolo, mi sono ricordato che avevo parlato di questo argomento anche in questo articolo. Evidentemente è un evergreen...

Il Pentagono, gli UFO, e le riflessioni di un fisico

Recentemente ha suscitato un certo interesse la notizia che il Pentagono abbia declassificato alcune osservazioni di UFO (intesi espressamente come oggetti volanti non identificati, e non nell'accezione spesso sottintesa di "astronavi aliene") ritenute inspiegabili (o forse sarebbe meglio dire "inspiegate") e risultato di anni di osservazioni (fonte).

Come conseguenza, molti in rete hanno risposto con entusiasmo, soprattutto quelli che equiparano la parola UFO con la prova dell'esistenza degli alieni. Finalmente - dicono - anche il Pentagono, dopo tanta reticenza, ammette quello che loro, gli ufologi, sapevano già in cuor loro: gli alieni sono fra noi.

E comunque, senza arrivare a queste conclusioni estreme, altri vedono in questa declassificazione da parte del Pentagono l'implicita ammissione che ci siano cose non comprese, su cui perfino i militari americani ammettono di non capirci niente, e su cui quindi è il caso di indagare. Non saranno alieni, ma insomma, per dirla come va detta, ci sono cose molto misteriose, e questi misteri sono fra noi!

Io, avendo purtroppo questa laurea in fisica che mi tara la mente, assieme a una trentina di anni di attività come fisico sperimentale, mi sento di fare alcune considerazioni che a me sembrano banali e ovvie, ma che a molti, a giudicare da quello che si legge in rete, evidentemente non sembrano tali.

Tralasciando l'osservazione che gli UFO sono assolutamente insensibili al crescere dei Megapixel e al raffinamento delle tecnologie video, perché nelle foto, puoi avere anche i mezzi del Pentagono, vengono sempre una schifezza (forse non sarebbero UFO se le foto fossero nitide!), la prima cosa da dire è che è normale che qualunque struttura militare, tipo una portaerei, tenga sotto controllo tutto ciò che le ronza attorno, dai pellicani ai droni, fino agli aerei e a qualunque oggetto che si avvicini. E quindi si preoccupi di cercare di spiegare ogni singolo puntino che appare sui loro radar, schermi, sensori agli infrarossi o quello che è.

E quindi è logico supporre che questa attitudine a controllare tutto ciò che si avvicina loro, cosa assolutamente normale per un esercito, soprattutto se proclamato il più potente esercito della Terra, si traduca in pratica in un numero sterminato di ore di filmati e riprese con telecamere infrarosse, sonar, radar, sensori di vario tipo, considerate anche tutte le strutture, le basi, le navi, gli aerei e i sommergibili che appartengono all'apparato militare degli Stati Uniti.

Insomma, partiamo da una quantità di dati ("misure sperimentali", per usare un gergo da fisici) mostruosamente grande. 

Ora mi chiedo: ma vi aspettavate veramente che ogni singola pulce presente in quelle miriadi di filmati fosse perfettamente spiegabile senza ombra di dubbio? Senza lasciare qualche domanda senza risposta? Senza nessuna incertezza sulla sua origine? Io spero vivamente che i militari americani non avessero questa idea!

Lo spero vivamente perché su un numero sterminato di eventi, di riprese, di immagini, di dati catturati sui pixel dei sensori e sui nastri, sarebbe veramente molto strano che non ci fosse nulla molto distante e differente dalla normalità. Su una grande marea di dati "le code delle distribuzioni", come le chiamano i fisici, si fanno vedere in termini di eventi imprevisti e fuori dallo standard.

Una delle prime cose che ci insegnano in laboratorio di fisica è che se misuriamo una quantità il cui valore vero vale zero, e lo misuriamo un numero infinito di volte, magari con metodi molto diversi fra loro, a causa delle fluttuazioni statistiche (e degli effetti sistematici) possiamo ritrovarci valori grandi o piccoli di tutti i tipi, che addirittura vanno, in linea di principio, da meno infinito a più infinito. E' la curva Gaussiana, la dispersione normale degli errori. E' la base dell'analisi dei dati e dell'interpretazione delle misure in laboratorio.

Quindi, nel nostro caso, i militari USA probabilmente stanno osservando proprio la coda della distribuzione. Quegli eventi rarissimi che si presentano come qualcosa di estremamente strano e diverso dal normale (e quindi inspiegabile secondo quello che ci aspetteremmo per una cosa che conosciamo) a causa di una serie di coincidenze, concomitanze e effetti estremamente rari, ma assolutamente fisiologici se il numero di misure effettuate è altissimo, come pure il numero di soggetti. Si aspettavano forse che non ci fossero? Si aspettavano forse di non trovare mai niente di anomalo, su anni e anni di dati raccolti in tutte le loro strutture militari, in tutte le possibili condizioni?

Nella ricerca sperimentale, se faccio un numero di misure molto grande su tante quantità diverse, ho la certezza di ottenere qualche istogramma con dati strani e non descrivibili da ciò che si conosce.

L'altro aspetto su cui poi tanti cadono è l'affermazione, assolutamente sbagliata, che se non si riesce a trovare una spiegazione, allora la spiegazione alternativa, per quanto assurda, deve essere vera. Lo so, lo faceva dire Conan Doyle a Sherlock Holmes, ma Conan Doyle non conosceva l'approccio Bayesiano alla statistica. Questo errore, a onor del vero, il Pentagono non lo fa, ma tanti commentatori lo fanno.

L'approccio Bayesiano, tanto per essere sintetici e concreti, in questo caso si traduce in questo: se la mattina di Natale trovo delle impronte di scarpe sulla fuliggine davanti al camino, e la sera precedente, prima di andare a letto, avevo pulito tutto per bene, e potrei spergiurare che quelle impronte non c'erano, beh... il fatto che io non sappia giustificare l'esistenza di quelle impronte non rende più probabile che allora mentre dormivo sia arrivato Babbo Natale. Posso non riuscire a spiegare l'origine di quelle impronte, ma comunque l'ipotesi Babbo Natale è così poco probabile a priori, che comunque non la considero, anche se non mi viene in mente altro. Io lo so che questo farà infuriare gli ufologi, ma l'ipotesi che ci siano esseri provenienti da altri pianeti che ci gironzolano attorno dopo aver attraversato la Galassia, è così improbabile da essere credibile quasi quanto Babbo Natale.

Vi faccio un altro esempio.

Io faccio parte del Cicap, il Comitato Italiano per il Controllo delle Affermazioni sulle Pseudoscienze. Nel Cicap c'è un gruppo che si chiama Gruppo indagini, di cui faccio parte anche io. Al Gruppo Indagini scrivono continuamente persone che sottopongono agli esperti del Cicap tutta una serie di casi ritenuti in qualche modo misteriosi (in genere anteponendo la frase "premetto che io sono una persona molto razionale ma...") e di cui sono state spesso testimoni in prima persona. La quasi totalità di queste persone è assolutamente in buona fede, e non soffre di allucinazioni o turbe psichiche di alcun tipo. E' semplicemente gente che si è imbattuta in fenomeni che ritiene, a torto o a ragione, inspiegabili, e vorrebbe saperne la spiegazione. Certamente, infatti, si tratta di fenomeni che essi non sanno spiegare.

Alcuni casi sono in realtà banali, tipo la foto molto mossa perché il tempo di scatto è lungo, e ha trasformato uno dei presenti nell'ectoplasma evanescente del nonno defunto da poco, il tipo che fotografa il suo riflesso sul box della doccia in bagno e non si riconosce e scambia la sua immagine per una inquietante presenza, un insetto che passa davanti alla telecamera a infrarossi e appare come un improvviso bollo luminoso nel buio, la macchia di muffa che viene scambiata per il volto di Padre Pio (ma io dico: con tutti i miracoli importanti che si potrebbero fare, possibile che certi santi non si schiodano ancora dall'ostinarsi a comparire sotto forma di macchie scolorite su un muro scrostato?). Nessuno di questi esempi, lo sottolineo, è inventato. Per questi casi, che per chi ha scritto al Gruppo Indagini sono inspiegabili, la spiegazione è in realtà ovvia.

Poi però ci sono i casi strani. Quelli che vedi la foto, o il filmato, e dici "e questo cos'è?". A volte, con fatica, e grazie all'intuizione geniale di qualcuno, si riesce a trovare la spiegazione. In alcuni casi rari, che però definirei veramente istruttivi, per quanto la spiegazione fosse semplice, addirittura banale, essa è talmente controintuitiva e fuori dall'immaginabile da risultare veramente incredibile. E poi ci sono casi in cui la spiegazione non la trovi. Ma non la trovi non perché non ci sia, ma semplicemente perché sono probabilmente situazioni particolari in cui non ti viene in mente la spiegazione, che magari è in realtà molto semplice, ma che proprio non ti aspetti. Le code delle distribuzioni, appunto. Quegli eventi che, per circostanze molto particolari e raramente ripetibili, ci appaiono strani e diversissimi da come normalmente appaiono. Un fisico, che ha anche la doppia tara mentale di far parte de Cicap, i casi misteriosi del Pentagono li vede così.

 

La scienza? Ma se ne sappiamo meno di prima!

Gli scienziati? Non ci capiscono niente! Questo è il commento sprezzante che capita spesso di leggere in certi gruppi social che paradossalmente vorrebbero essere per cultori e appassionati di scienza, per lo meno dal nome che si sono scelti. E' il commento privo di dubbi che il commentatore da divano non riesce a trattenere di fronte alla grande quantità di domande senza risposta con cui la scienza oggi si confronta. 

Restando ad esempio alla fisica, argomento che bene o male conosco, oggi ci sono molti interrogativi importanti senza risposta (link). Non si sa di preciso cosa sia la materia oscura, se esista realmente o se si tratti di aspetti della gravitazione universale che non sono quelli che crediamo. Non si sa cosa abbia iniziato l'espansione dell'universo, e addirittura perché acceleri mentre si espande. Non sappiamo cosa ci sia dietro i fenomeni quantistici, ammesso che la domanda abbia un senso, e non sappiamo spiegare il cosiddetto collasso della funzione d'onda, che avviene a seguito di una misura su un sistema quantistico. Non sappiamo descrivere le ipotetiche condizioni della materia a energie altissime, quali erano quelle dell'Universo appena nato, quando anche la forza di gravità era determinante nella dinamica delle particelle elementari. Non sappiamo cosa ci sia realmente nella singolarità di un buco nero, sebbene di questi oggetti astrofisici ne osserviamo in quantità nell'universo.

E poi non sappiamo molte cose sulle leggi fondamentali della Natura, non sappiamo se esista qualche nuovo fenomeno oltre il Modello Standard delle particelle elementari, né perché il Bosone di Higgs sia così leggero o perché la costante cosmologica, grandezza associata all'energia del vuoto, sia 120 ordini di grandezza diversa da quella calcolata. Non sappiamo perché l'Universo sia privo di antimateria, come sembra, nonostante le leggi della fisica non facciano sostanzialmente differenza fra materia e antimateria, e non sappiamo perché le condizioni dell'Universo in cui viviamo siano così peculiari e precarie, disegnate da una Natura cinica e anche decisamente perversa (link). E infine non sappiamo se ciò che chiamiamo Universo non sia altro che uno degli innumerevoli Universi esistenti, ognuno con condizioni e costanti fondamentali completamente diverse (link).

E questo solo per ciò che riguarda la fisica, e solo una parte della fisica.

E quindi  potrebbe sembrare che alla fine, nonostante tutta questa Scienza con la maiuscola, nonostante questo affidarsi alla Scienza, alla fine proprio questa Scienza in cui riponiamo così tanta fiducia per comprendere il mondo ci stia prendendo in giro. Ci stia illudendo di darci conoscenza, quando in realtà ci sta soltanto confondendo le idee, aumentando la nostra ignoranza, tanto da far affermare a certi che "gli scienziati non ci capiscono niente!". Studiano studiano, e alla fine non hanno idea di cosa studiano, insomma. Credono di progredire nella conoscenza, e in realtà invece progrediscono nella confusione. Una bella banda di idioti, in pratica. Se questo era il risultato, era meglio la conoscenza tibetana, alla fine, no? O qualche altra forma alternativa di raggiungimento della conoscenza che a certi piace tanto. Anche se dubito che poi qualcuno preferisca viaggiare su un aereo costruito secondo il sapere tibetano, o qualche altro sapere alternativo, rispetto al sapere scientifico. Secondo me, se quando scendono dal bus dell'aeroporto gli metti di fronte due aerei, uno costruito secondo i criteri della scienza, e un altro secondo qualche disciplina alternativa, non so perché ma sento che andranno tutti nella stessa fila. Ma se dici queste cose poi ti accusano di essere gretto e chiuso di mente.

Comunque: avete presente quando si dice che in Italia non c'è cultura scientifica? Ecco, questa né è una manifestazione. Programmi liceali infarciti di fisica fin dal primo anno, licei tecnologici che glorificano le mitiche tre "i", e programmi di matematica sterminati, che arrivano fino a dover risolvere le equazioni differenziali, sono riusciti a non fare entrare nella testa della gente un concetto che mio padre, che ha fatto l'avviamento, ha molto ben chiaro: il progredire della conoscenza produce innanzitutto nuove incognite.

Nel 1600, si pensava di sapere tutto. Poi è arrivato quel rompicoglioni di quel pisano a inventare quella cosa che hanno chiamato "Scienza", e da lì è stato il delirio. Tutto quello che si credeva certo e assodato, è stato scardinato da questa invenzione del demonio, che per una cosa che riusciva a spiegare, ne tirava fuori altre cento senza spiegazione, e che prima nessuno aveva mai nemmeno considerato. Il debutto della scienza nella società è stato quello di creare confusione, altro che certezze!

Ad esempio i pianeti avevano altri pianetini a girarci attorno, la Luna era tutta butterata di buchi e crateri, manco avesse avuto l'acne giovanile, e il Sole, Dio mio, il purissimo Sole aveva addirittura le macchie, e ruotava! "Da quando hai inventato quello strumento del demonio non ci si capisce più niente!", gli dicevano al pisano. "Abiura, di' che non è vero niente, altrimenti qui siamo fottuti!"

E da lì è stato tutto un susseguirsi di dubbi: ogni nuova scoperta portava molte più domande che conferme, perché svelava pieghe e anfratti dei fenomeni naturali che nessuno aveva mai aperto prima. E il motivo per cui nessuno prima di allora si era mai dovuto porre quelle domande era molto semplice: nessuno aveva le conoscenze sufficienti per porsele, quelle domande.

Se non sai che che esistono le galassie, perché non hai inventato il cannocchiale, che domande potrai mai farti sull'Universo? Potrai chiederti perché mai le galassie si allontanano reciprocamente con una velocità proporzionale alla distanza, se credi che tutte quelle lucine nel cielo siano oggetti divini incastonati nella volta celeste? Potrai mai chiederti come si è formato il sistema solare, se credi che tutto giri attorno alla Terra, e che il Sole sia la manifestazione della bellezza di Dio? E se non hai ancora scoperto l'esistenza dello spettro elettromagnetico, potrai mai chiederti l'origine di quello strano fondo a microonde che riempie tutto l'universo? 

Ormai in fisica non c'è più niente di nuovo da scoprire, disse Lord Kelvin esattamente nel 1900. Poi sono stati scoperti gli atomi e è nata la meccanica quantistica, e parallelamente la Teoria della Relatività, e mai una frase è risuonata tanto ridicola quanto quella. La conoscenza della Natura è come un pallone che si gonfia: più il pallone si gonfia, più aumenta il suo volume, cioè le cose che conosciamo. Ma contemporaneamente aumenta anche la frontiera di ciò che conosciamo, cioè la superficie, il limite dell'ignoto.

Insomma, tutte le innumerevoli domande che oggi ci poniamo su come è fatto l'Universo, tutte quelle cose che non conosciamo e che a certi idioti fanno dire che 'sti scienziati scoprono scoprono, ma non ci capiscono niente! sono proprio il risultato del fatto che adesso abbiamo conoscenze sufficientemente vaste per porci quelle domande. E' la nostra maggiore conoscenza dei fenomeni naturali che ci schiude problemi e questioni che prima nemmeno potevamo immaginare. Una volta la nostra beata ignoranza ci impediva di porci queste domande, e ci faceva credere di avere scoperto tutto, o quasi tutto. E' stata proprio la conoscenza a rivelarci la nostra immensa ignoranza!

E quindi, che ci sia gente che non l'abbia ancora compreso, in un'epoca in cui la scienza è ovunque, è deprimente. Quando si parla di mancanza di cultura scientifica, questa è una delle sue manifestazioni più eclatanti.

Le cose che non si sanno (e che vorremmo sapere)

Una carrellata dei miei misteri preferiti in fisica

Questo è un elenco, certamente non esaustivo, dei problemi fondamentali in fisica. Delle cose che non si sanno, e che crediamo importanti, perché hanno a che fare con la nostra comprensione del mondo.  Alcuni sono problemi importanti, altri meno, altri forse ci appaiono come problemi importanti perché tutto sommato sappiamo poco di come funziona il mondo. Certi problemi sono forse più seri per me che per altri. Molti di questi problemi hanno a che fare con la fisica delle particelle, sia perché essa ha la pretesa di poter descrivere le leggi fondamentali della natura, sia perché la conosco meglio che altri settori della fisica. Ogni scarrafone è bello a mamma sua, insomma. E' una lista che va letta con la consapevolezza che un giorno, in alcuni casi forse anche presto, avremo le risposte, che però inevitabilmente faranno scaturire altre domande, che adesso non riusciamo a immaginare. Per quelli che credono e dicono che la scienza abbia la pretesa di scoprire tutto, ricordo che 400 anni fa, quando quel pisano si mise a far cadere gli oggetti giù per un piano inclinato, e a guardare la luna e Giove con un cannocchiale che adesso non lo venderebbero neanche al Lidl, l'unica cosa che sembrava ancora da scoprire era cosa fossero quelle lucine che si vedevano nel cielo di notte. Adesso sappiamo cosa sono quelle lucine, ma il processo che ci ha portato a questa risposta ha scaturito una moltitudine di nuove domande, che prima non potevamo neanche immaginare perché non avevamo le conoscenze per immaginarle. E' il bello della ricerca, honey!

La materia oscura. Molte osservazioni inequivocabili di tipo astrofisico indicano che il moto delle stelle attorno alle galassie, la dinamica degli ammassi di galassie e altri fenomeni astrofisici non sono spiegabili tramite gli effetti gravitazionali della sola massa visibile in termini di stelle o di gas. L'ipotesi della materia oscura implica quindi l'esistenza di qualcosa che agisca gravitazionalmente sulla materia ordinaria, ma che abbia un effetto pressoché nullo tramite le altre interazioni fondamentali, risultando di fatto invisibile. Infatti l'emissione o l'assorbimento di luce implicherebbe una interazione di tipo elettromagnetico da parte di questa ipotetica materia. Fino ad alcuni anni orsono, le ipotizzate particelle Supersimmetriche neutre più leggere erano considerate ottime candidate per la materia oscura. Peccato che finora, dal punto di vista sperimentale, della Supersimmetria non ci sia traccia. Magari si scoprirà in futuro, o magari semplicemente la Supersimmetria non esiste. Esistono anche altri candidati per la materia oscura, nell'ambito delle particelle elementari, come ad esempio gli Assioni, ma finora le ricerche dirette sono risultate vane. C'è anche chi ipotizza che la materia oscura non esista, e che il moto anomalo di stelle e galassie sia dovuto a una correzione della Relatività Generale a grandi distanze. Bisogna però aggiungere che la materia oscura è un ingrediente fondamentale per spiegare come la materia dell'universo primordiale si sia aggregata per formare le galassie e in generale le strutture complesse presenti oggi nell'universo, cosa che la gravità modificata non riesce a fare. Insomma, un vero mistero.

L'energia oscura. Se la materia oscura è un mistero, l'energia oscura lo è ancora di più. Recenti osservazioni sull'espansione dell'universo mostrano che in passato l'universo si espandeva più lentamente. Ovvero l'universo accelera nella sua espansione. Non sappiamo cosa origini questo fenomeno. Anzi, basandosi sulle leggi fisiche note, l'effetto della forza di gravità dovrebbe rallentare l'espansione dell'universo. L'energia oscura sembra quindi qualcosa che è associato allo spazio prodotto dall'espansione stessa dell'universo, una forza repulsiva la cui origine è in ciò che chiamiamo "vuoto". Al momento non esiste nessun meccanismo conosciuto in grado di spiegare questa cosa.

Il valore della costante cosmologica. Il più grande errore di calcolo della storia! Sappiamo che il vuoto in fisica è molto più complesso del vuoto dei filosofi, e che i processi quantistici contribuiscono all'energia del vuoto, tramite tutte le possibili particelle virtuali che possono popolare il vuoto stesso. E quindi non solo coppie di elettrone-positrone, ma anche tutte le possibili particelle più pesanti su su fino a particelle con la massa di Planck. Applicando la fisica che conosciamo, quella stessa fisica che nella teoria dei campi ha dato risultati straordinariamente precisi, è quindi possibile calcolare quella che dovrebbe essere l'energia del vuoto. Peccato che il calcolo teorico differisca di 120 ordini di grandezza dal valore misurato. Chiaramente c'è qualcosa che ci sfugge, ma non sappiamo cosa. Però, per giustificare un errore d 120 ordini di grandezza, questo qualcosa deve essere piuttosto importante!

Le costanti fondamentali. Perché hanno i valori che hanno? Non intendo i valori numerici, che dipendono ovviamente dalla scelta delle unità di misura. Intendo che cosa determina la velocità della luce? E la carica elettrica unitaria, e la costante di gravitazione universale? Esistono dei meccanismi, nelle leggi della natura, che fanno sì che le costanti fondamentali debbano avere proprio quei valori?

Collegato alla domanda precedente: esiste il Multiverso? Il nostro universo è chiaramente un universo in cui le leggi fisiche e le costanti fondamentali sono tali da permettere la vita. Messa così è una tautologia, dato che altrimenti non saremmo tutti qui a porci il problema, che esiste solo perché esistiamo. Se l'universo fosse inospitale per la vita, non ci sarebbe nemmeno nessuno a chiedersi come mai. Ma la domanda è: è un caso, o esiste un meccanismo fisico, insito nelle leggi della Natura, che fa sì che l'universo debba essere necessariamente tale? Certi modelli sulle prime fasi di vita dell'universo prevedono che possa essere avvenuta ciò che in gergo si chiama "inflazione". In pratica l'universo avrebbe subito una fase breve di enorme espansione, con il risultato di rendere ciò che chiamiamo "Universo" soltanto una delle innumerevoli porzioni del vero Universo, tutte scorrelate fra loro da rapporti di causa e effetto, e tutte con condizioni diverse fra loro in termini di costanti della natura. La maggioranza di questi universi avrebbero quindi condizioni del tutto inadatte alla vita, e solo in alcuni, invece, i valori delle costanti della Natura la renderebbero possibile. In questi ultimi, e solo in questi, quindi, esisterebbero eventuali esseri pensanti a porsi il problema. Esistono già osservazioni sperimentali che sono in accordo con le caratteristiche previste dal modello inflazionario dell'universo, e questo è uno dei grandi problemi che potranno ricevere input importanti dai futuri esperimenti sullo studio dell'universo primordiale.

Dove è finita l'antimateria? Le leggi della Natura non fanno praticamente alcuna differenza fra materia e antimateria. A parte alcune piccole differenze che coinvolgono processi legati alle interazioni deboli, particelle e antiparticelle seguono esattamente le stesse leggi fisiche. Quindi la domanda è: perché, se la Natura non distingue fra i due tipi di materia, in giro ce n'è solo un tipo fra i due? Dove è finito l'altro tipo, quello che noi chiamiamo antimateria? Quale meccanismo a noi sconosciuto ha fatto sì che la Natura se ne sia sbarazzata? Al momento non abbiamo la risposta.

Il collasso della funzione d'onda. Cosa fa sì che, effettuando una misura su un sistema quantistico (ad esempio un elettrone), la natura "scelga" fra tutti i possibili stati in modo casuale? Che cosa causa questa transizione? C'è qualcosa che ci sfugge, oppure il mondo è realmente quantistico, e la pretesa di descriverlo secondo la nostra logica umana è destinata a fallire?

Cosa c'è dentro un buco nero? Visti da fuori, i buchi neri sono sorgenti di campi gravitazionali così intensi da impedire perfino alla luce di uscirne. Li osserviamo, e li sappiamo descrivere molto bene, e le osservazioni corrispondono con ciò che ci prevede la Teoria della Relatività Generale. Ma cosa c'è dentro un buco nero, in quella che chiamiamo "singolarità?". Nella singolarità le nostre leggi fisiche non possono essere applicate, e falliscono miseramente. Quindi cos'è in realtà un buco nero? La gravità quantistica potrebbe spiegarlo?

Esiste vita altrove nell'Universo? Questa secondo me sarebbe una scoperta veramente epocale. Non mi riferisco agli omini verdi con la capoccia gigantesca e il collo sottile degli ufologi. Mi riferisco a una qualunque forma di vita, anche molto basica. Sarebbe una scoperta fantastica, sia per l'immenso campo di studi che aprirebbe, ma anche e soprattutto perché ci dimostrerebbe che l'unicità e la specialità di noi umani da tanti declamata e millantata, di unico e di speciale non ha nulla.

Il tempo non esiste!!!!!

E' la frase perentoria che sui gruppi Facebook di fisica certi ti rivolgono non appena menzioni la parola tempo. Un intervento a gamba tesa mentre ingenuamente usi la parola tempo per cercare di descrivere un normale problema di fisica. Che ti viene da dire "si va bene, mo' me lo segno!", come Troisi quando gli dicevano "Ricordati che devi morire!".

Ma da dove nasce questa moda dei cultori della fisica 2.0, per cui se poco poco menzioni il termine tempo, è garantito che arrivi subito qualcuno a ricordarti che il tempo non esiste? La moda ha origine da Carlo Rovelli (che Dio lo fulmini, prima o poi pagherà per aver dato il via a questo delirio) fisico e scrittore che con il suo libro L'ordine del tempo (ed. Adelphi) ha venduto più delle cinquanta sfumature di rosso, nero, fucsia e beige tutte assieme.

E quindi adesso vogliamo capire le motivazioni vere che stanno dietro questa affermazione sul tempo, affermazione che ovviamente ha un'origine seria e scientifica, ma che certamente non si può sintetizzare nella frase secca il tempo non esiste, come si direbbe per Babbo Natale o la fatina dei dentini.

Che cosa intende quindi Carlo Rovelli (e tanti altri fisici con lui) con la frase il tempo non esiste? Intende che il tempo, secondo alcune teorie, è una quantità emergente, e non realmente esistente in sé. Facciamo un esempio che tutti conosciamo: la temperatura. 

La temperatura la misuriamo, ne parliamo, ne confrontiamo i valori  da città a città e da ora a ora. Tuttavia, la temperatura in realtà non è una grandezza fisica fondamentale, ma è una proprietà emergente di qualcosa di più fondamentale, che è la struttura e la dinamica dei componenti della materia. La temperatura di una pentola d'acqua non è altro che l'effetto macroscopico dell'energia cinetica delle molecole d'acqua, e della loro interazione. La temperatura di una stanza misurata da un termometro è il risultato delle interazioni delle molecole dell'ambiente circostante con le molecole del termometro. Se fossimo una molecola di un gas, sballottata in mezzo a tante altre molecole, non sapremmo dire il valore della nostra temperatura. Non capiremmo nemmeno la domanda. La temperatura è quindi un parametro che utilizziamo, e che ci è comodo utilizzare per descrivere i fenomeni con cui conviviamo, la cui vera natura sta però in qualcosa di più fondamentale. In questo senso la temperatura in sé non esiste, ma è un fenomeno emergente.

E il tempo invece? In che senso il tempo è una quantità emergente di qualcos'altro? Da dove nasce l'esigenza di considerare il tempo l'effetto emergente di qualcos'altro? E soprattutto, che cos'è questo qualcos'altro? La questione è spiegata dalla gravità quantistica.

Per capire dove sta il problema che ci porterà a queste conclusioni, partiamo dalla Gravitazione. Prima di Einstein lo spazio era un contenitore inerte all'interno del quale si muovevano e agivano le masse, i pianeti, il sole, le stelle. Il tempo, poi, era un'entità scandita da qualche orologio universale, un Istituto Galileo Ferraris che dava l'ora a tutti quanti nell'Universo. Spazio e tempo erano un palcoscenico vuoto e passivo, in cui semplicemente erano collocate le cose del mondo.

Poi però arriva la Teoria della Relatività Ristretta, che interconnette spazio e tempo. La causa di questa connessione è duplice: l'invarianza della velocità della luce, che è la stessa ovunque e comunque la si misuri, e il fatto che le leggi della fisica non dipendono da dove ci si trova, se in moto attorno al sole, in poltrona sul divano, in viaggio verso Plutone. La Relatività Ristretta, supportata da una miriade di esperimenti di tutti i tipi, ci obbliga a parlare di spazio-tempo come quantità connesse fra loro.

Dieci anni dopo arriva la Relatività Generale, in cui lo spazio e il tempo non solo sono connessi fra loro, ma smettono anche di essere un teatro vuoto da riempire con i fatti e gli abitanti del mondo. Essi diventano infatti parte attiva di ciò che avviene nel mondo, dando origine alla forza di gravità. Nella Relatività Generale ciò che chiamiamo forza di gravità in realtà è una modifica, una distorsione dello spazio-tempo. Quella che credevamo essere una forza che agiva nello spazio e nel tempo, è in realtà il risultato di una proprietà intrinseca dello spazio-tempo: la sua geometria. Una mela che cade in realtà, secondo la teoria della Relatività Generale, si muove liberamente, non soggetta a forze, in uno spazio-tempo modificato dalla presenza della terra e della mela stessa. Mentre cade, la mela, dal suo punto di vista, sta ferma (e infatti, come gli astronauti in orbita, non percepisce nessuna forza su di sé).

Poi però abbiamo le altre forze, o interazioni, come le chiamano i fisici: l'elettromagnetismo, le forze nucleari deboli e forti. Queste interazioni sono descritte oggi dalla meccanica quantistica, in ciò che si chiama teoria quantistica dei campi. Nella teoria quantistica dei campi lo spazio e il tempo sono di nuovo quelli di Newton. Non sono parte attiva di ciò che avviene, come per la gravitazione, ma sono spettatori muti dei fenomeni quantistici.  Sono un semplice contenitore. 

La teoria quantistica dei campi, come la Relatività Generale, è suffragata da una tonnellata di esperimenti di tutti i tipi.

Quindi siamo nella situazione paradossale in cui abbiamo due teorie di estremo successo nel loro rispettivo campo, la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica, che però usano lo spazio-tempo in modo radicalmente e concettualmente diverso. La prima vede nelle proprietà dello spazio-tempo la causa dei fenomeni, mentre la seconda lo usa come un semplice contenitore totalmente passivo.

Chiaramente c'è qualcosa che non va. Chiaramente queste due visioni non possono convivere, se si tenta di mettere assieme teoria dei campi e gravitazione.

All'atto pratico, non è in realtà un grosso problema, perché nel mondo dei fenomeni quantistici che riusciamo a studiare la gravità ha un effetto praticamente nullo. Le interazioni elettromagnetiche, nucleari e deboli sono immensamente più forti di quelle gravitazionali, tanto da rendere quest'ultima assolutamente trascurabile. Una calamita da 1 euro a forma di puffo sul frigorifero vince su tutta la forza di gravità dell'intera Terra nel trattenere un foglio di carta dal cadere. Nelle interazioni fra atomi, molecole, nuclei e particelle studiate nei nostri laboratori, possiamo tranquillamente ignorare la gravità senza sbagliare di una virgola.

Però possiamo allo stesso tempo ipotizzare situazioni in cui la gravità diventi rilevante, importante tanto quanto  le altre interazioni. Se ad esempio potessimo far scontrare due protoni non all'energia di 1000 GeV, come avviene all'LHC del Cern o nei raggi cosmici più energetici, ma all'energia di 10¹⁹ GeV, nel punto in cui i due protoni si scontrerebbero concentreremmo così tanta energia da produrre un buco nero. Un buco nero quantistico, grande (si fa per dire) 10⁻³⁵ m, ma pur sempre un buco nero. In queste condizioni è chiaro che non potremmo ignorare la Relatività Generale, pur trattandosi di un fenomeno quantistico. E una mistura del genere non sappiamo proprio descriverla con la fisica che conosciamo.  

In queste situazioni estreme, infatti, i due mondi, quello gravitazionale in cui lo spazio-tempo è parte attiva dei fenomeni, e quello quantistico, in cui lo spazio-tempo è un semplice contenitore inerte e vuoto, si incontrano senza poter convivere. Entrambi contemporaneamente non li sappiamo trattare, con la fisica che conosciamo.

Da questo nasce l'esigenza della gravità quantistica, che è il ponte fra questi due mondi che al momento ci manca.

Costruire una teoria di gravità quantistica significa in pratica partorire una teoria più profonda e più completa dello spazio e del tempo, e di come essi interagiscono con la materia. In questa teoria più fondamentale, su cui lavorano molti fisici teorici (tra cui Carlo Rovelli) lo spazio-tempo non è il punto di partenza, ma il punto di arrivo. E notate bene che questo non è un problema filosofico, come ingenuamente si potrebbe credere, ma un problema strettamente fisico. I problemi di compatibilità delle teorie fisiche che si incontrano alla scala di Planck sono problemi fisici, concreti, sebbene ininfluenti nel mondo quotidiano. Nei primi istanti di vita dell'universo, tanti per dire, erano la normalità.

Esiste molta ricerca teorica in questo campo. In alcuni settori di questa ricerca i quanti fondamentali sono i costituenti elementari dello spazio-tempo stesso, gli atomi che lo costituiscono. E quindi, in queste teorie, non esiste uno spazio-tempo in cui essi agiscono (agiscono su spazi matematici più astratti) ma lo spazio-tempo viene da essi generato come effetto per così dire secondario della loro esistenza. Sono pertanto la dinamica e le interazioni di queste entità fondamentali a generare una specie di fenomeno collettivo che chiamiamo spazio-tempo. In questo senso lo spazio e il tempo sono quindi quantità emergenti, così come lo è la temperatura.

Possiamo mettere alla prova le nostre congetture sulla gravità quantistica? Esistono quantità misurabili sperimentalmente per validare o smentire le ipotesi della gravità quantistica? L'ambiente ideale, e per il momento unico in cui mettere alla prova queste teorie, è l'universo primordiale. L'universo di quasi 14 miliardi di anni fa. Impossibile accedervi, si potrebbe pensare! Ma l'universo che osserviamo ha una particolarità: guardare distante significa guardare indietro nel tempo. Purtroppo non abbiamo accesso all'universo dei primi istanti di vita tramite ciò che chiamiamo genericamente luce. Non direttamente, per lo meno. Le condizioni dell'universo che erano presenti al momento del disaccoppiamento fra radiazione elettromagnetica e materia, avvenuto circa 13 miliardi e mezzo di anni fa, e che ha dato origine alla radiazione cosmica di fondo, rappresentano uno schermo opaco e sostanzialmente invalicabile nei confronti di tutto ciò che è avvenuto prima, che è ciò che invece ci interessa.

Tuttavia le condizioni estreme dell'universo primordiale possono avere comunque lasciato tenui tracce nei dettagli della radiazione cosmica di fondo. Qualcosa, di quelle condizioni così estreme, può essere rimasto impresso in quella luce primordiale. E questo qualcosa lo si sta cercando. Se ne vedono già le tracce, tenui increspature in un universo altrimenti tutto uguale e monotono, e esperimenti futuri cercheranno di indagarle meglio. 

Ma esistono altri ambienti in cui la gravità quantistica che regolava l'universo primordiale può avere lasciato tracce importanti, primo fra tutti le onde gravitazionali emesse in ciò che chiamiamo big bang, qualunque cosa possa significare questo termine. La nuova astronomia a onde gravitazionali, nata da pochi anni con la fantastica scoperta delle onde gravitazionali emesse dalla fusione di buchi neri, ci sta riservando continue sorprese, sebbene queste non salgano sempre all'onore delle cronache giornalistiche. E le future generazioni di esperimenti  sulla ricerca di onde gravitazionali nel cosmo potrebbero mostrarci i dettagli dell'universo appena nato proprio tramite queste messaggere del cosmo.

Torniamo sulla Terra per le conclusioni: il tempo non esiste (e neanche lo spazio) in un mondo regolato dalla gravità quantistica. Tuttavia la frase "il tempo non esiste" è del tutto priva di senso se applicata ai problemi fisici reali che trattiamo abitualmente.  Priva di senso come sarebbe privo di senso affermare  che la temperatura non esiste a uno che si lamenta di avere freddo e vuole alzare il termosifone. O al medico che ti chiede se hai avuto la febbre. A meno che il vostro interlocutore non abbia le dimensioni di  10⁻³³ cm. In quel caso potrebbe aver un senso.

Per  maggiori approfondimenti: https://www.nature.com/articles/d41586-018-05095-z

 

Cosa c'entrano i morti per Covid-19 con il Bosone di Higgs?

Cosa potranno mai avere in comune il conteggio del numero di morti causati dal Covid-19 con la scoperta del Bosone di Higgs? Risposta: il metodo. Il metodo per valutare quanti morti di Coronavirus si sono verificati in questo ultimo anno, o nei vari mesi, è infatti concettualmente lo stesso metodo che ci permette di valutare in quanti urti fra particelle (i fisici li chiamano "eventi") è  stato prodotto un bosone di Higgs, nei dati raccolti dagli esperimenti di LHC del Cern di Ginevra.

Entrambi i casi sono accumunati dal fatto che, caso per caso, sia che si tratti di Covid che di particelle elementari, ci possono essere ambiguità di vario tipo sul fatto che quello che stiamo osservando sia il nostro "segnale" o un possibile fondo. Per capirci meglio: avete presente la (ridicola, per lo meno per me) diatriba su morto "per Covid" o "con Covid"? Quella discussione per cui, secondo alcuni, un diabetico che con l'insulina sarebbe comunque campato altri 40 anni, ma che aveva avuto la sfiga di beccarsi il virus e morire per le sue complicanze, non poteva essere annoverato fra i casi di morti "per Covid", ma era solo morto "con Covid". Questa possibile incertezza certamente influisce sul numero totale di decessi imputabili al Covid, se il conteggio lo effettuiamo andando ad assegnare la causa di morte singolarmente, caso per caso.

 

Sempre a seguito di queste incertezze sul conteggio dei decessi e sulla loro catalogazione, a basarsi sui dati del rapporto fra numero di morti e numero di casi di infezione da Covid, dovremmo concludere che l'India, la Georgia o  la Bielorussia, solo per citare alcuni esempi, abbiano sistemi sanitari invidiabili se confrontati a quelli inglesi o francesi.

Queste incertezze nel conteggiare e catalogare le vittime, che sono legate a criteri, situazioni e metodi diversi nei vari stati, si è tradotto infatti in tassi di mortalità ambigui e apparentemente anche molto diversi da nazione a nazione, con l'inevitabile strascico di polemiche e di decise prese di posizione da parte di gente che invece avrebbe fatto meglio a tacere. E quindi come possiamo dare una stima il meno possibile ambigua su quanti morti ha causato il Coronavirus in questo anno? Una stima il meno possibile influenzata da questi effetti legati alla catalogazione dei casi e dei decessi? Possiamo fare come si fa con il Bosone di Higgs.

Per contare quante volte viene prodotto un Bosone di Higgs nei dati di un esperimento di LHC del Cern, non si vanno a vedere i singoli dati spulciandoli uno a uno dicendo "questo si, questo si, questo no, questo si..." e così via.  Non lo si fa perché sul singolo evento possono sussistere ambiguità che lo rendono non sempre facilmente identificabile in modo inequivocabile come evento di fondo o di segnale. Sappiamo distinguere certi eventi di fondo, ma su certi invece proprio non possiamo dire niente di definitivo. 

E allora cosa si fa? Semplice, si conta l'eccesso di dati osservati rispetto al fondo previsto. Guardate questo grafico.

 

I dati sono i bolli neri, riportati in funzione della massa dell'evento. Non stiamo a specificare cosa sia questa massa, perché in questo frangente la cosa è irrilevante. Il bosone di Higgs viene prodotto a una massa attorno a 125 GeV.  Però in quella zona di massa non c'è solo il Bosone di Higgs, ma anche il fondo, ovvero eventi che sono indistinguibili o difficilmente distinguibili dagli eventi che contengono un Bosone di Higgs, ma che non hanno niente a che fare con la produzione della particella cercata. Per questi eventi non c'è nessun modo per guardarli in faccia e dire "tu sei fondo" oppure "tu sei un Higgs".

 

Quello che si fa, quindi, è stimare quanto fondo ci si aspetta (ad esempio estrapolando dalle zone limitrofe in massa, oppure usando una simulazione in cui non è incluso il Bosone di Higgs, o utilizzando altri metodi più o meno sofisticati) e sottrarre dal totale dei dati osservati (i punti con i bolli neri sono i dati) il numero di eventi di fondo aspettati. Il fondo medio aspettato è quello rosso. Si vede che i dati (i punti neri) coincidono con il fondo medio atteso (entro le fluttuazioni statistiche) esclusa una zona attorno a 125 GeV, in cui i dati sono in chiaro eccesso rispetto al fondo. L'area blu indica questo eccesso, e rappresenta quanti eventi contenenti il Bosone di Higgs sono stati realmente osservati.

Ovviamente questi numeri avranno incertezze sperimentali di vario tipo, legate alla numerosità del campione statistico, alla parametrizzazione del fondo o ad altri effetti, e queste incertezze si tradurranno in una incertezza sul numero di Bosoni di Higgs prodotti. Tuttavia questo è il modo più accurato per determinare quanti eventi imputabili alla produzione di un Bosone di Higgs sono stati osservati dall'esperimento.

E il Covid cosa c'entra in tutto questo? Per il Covid il discorso è del tutto analogo. Quello che facciamo è contare il numero totale di decessi osservati durante l'ultimo anno, e sottrargli il numero di decessi che si sarebbero osservati senza Covid, ovvero il fondo. Questo fondo può essere determinato usando i dati della mortalità negli anni passati, quindi senza l'epidemia di mezzo, magari mediando su più anni, per minimizzare le fluttuazioni statistiche e sistematiche presenti da anno a anno.

Alla base di questo ragionamento c'è l'assunzione che nel 2020 la mortalità sarebbe stata quella degli anni precedenti, pur nell'ambito delle normali fluttuazioni da anno a anno, se non ci fosse stato il Covid. E quindi la mortalità dovuta al Covid sarà l'eccesso di mortalità rispetto a quello che ci si sarebbe aspettato in base ai dati degli anni precedenti.

Certamente ci saranno delle incertezze non solo dovute alla statistica, ma anche sistematiche. Ad esempio ci potrebbero essere state annate con influenze (quelle standard) più o meno aggressive, e questo influirà aggiungendo incertezze sul calcolo dei morti aspettati senza il Covid. Analogamente, alcune estati particolarmente calde degli anni scorsi hanno implicato una maggiore mortalità fra gli anziani rispetto alla media. Come per il Bosone di Higgs, insomma, ci sono delle incertezze "sperimentali" che vanno tenute nel giusto conto, ma questo resta comunque il modo più accurato e "unbiased" per valutare l'eccesso di mortalità.

In questo modo, che uno sia morto per Covid o con Covid, che all'ospedale lo abbiano registrato come decesso per polmonite, per arresto cardiaco o per Covid diventa del tutto irrilevante, perché quello che si conteggia è il numero di decessi in eccedenza rispetto a quanto ci si sarebbe aspettato senza il Covid, senza preoccuparsi delle cause.

Analogamente sono automaticamente conteggiati anche altri effetti che potrebbero avere influito sulla mortalità, indirettamente legati al Covid. Ad esempio il lockdown certamente ha ridotto il numero di incidenti stradali, oppure il numero di incidenti sul lavoro, o il numero di morti per influenza standard, grazie all'uso diffuso delle mascherine. Ma può anche avere influito (anzi, certamente lo ha fatto) sulla mortalità per altre patologie, che sono state trascurate o mal curate a causa dell'impatto dell'emergenza Covid sul sistema sanitario.

E quindi vediamolo, questo conteggio!

 

In questo sito è mostrato l'eccesso di mortalità rispetto al fondo aspettato, in percentuale. L'eccesso può essere in più o in meno, ovviamente. Potete includere o togliere i vari Paesi, e confrontarli fra loro. I dati sono quelli ufficiali forniti dagli istituti demografici dei vari Paesi. Per l'Italia è l'Istat, che aggiorna i risultati ogni 3 mesi, per cui gli ultimi dati potrebbero non essere ancora inclusi.

Potete valutare l'altezza del picco dei decessi, ma anche l'integrale della curva, ovvero la sua area totale, che rappresenta il numero totale di decessi.  Ad esempio potete confrontare la mortalità in eccesso nella molto discussa Svezia rispetto agli altri paesi scandinavi, simili per densità e distribuzione della popolazione sul territorio, ma differenti per il modo di affrontare l'epidemia, e trarne alcune conclusioni qualitative.

Una analisi statistica simile, basata sui dati italiani, ma molto più approfondita e dettagliata, è stata condotta da un gruppo dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Nell'analisi, basata sui dati dell'Istat e aggiornata al Settembre 2020, sono mostrati anche i picchi di mortalità invernali e estivi degli ultimi anni, dovuti all'influenza stagionale e alle varie ondate di caldo, confrontati per varie categorie e appartenenze geografiche. Il link all'articolo (sono di parte, ma è molto interessante e completo!) è questo: https://arxiv.org/pdf/2102.01629.pdf