Magistrale

Discussione tesi del primogenito il 31 marzo

Un traguardo raggiunto

Titolo tesi :" Geometria dei modelli sigma non lineari"

Ripenso al titolo della mia "La spermatogenesi del topo anche in condizioni di variabilità cariotipica: ricerche istomorfologiche"

Deve esistere una tendenza a scegliere titoli astrusi

Riporto solo la prima parte della prefazione perchè nella seconda parte diventa troppo specialistica

Physics is becoming too hard for the physicists
-------
D. Hilbert

Il rapporto tra le scienze naturali (in particolare la fisica) e la matematica è stato per molti secoli descritto efficacemente dall'aforisma di Galileo secondo il quale "il gran libro della natura è scritto in caratteri matematici".
Alla matematica, in sostanza, era richiesto di fornire un linguaggio unificante per descrivere i fenomeni naturali -- che, da parte loro, erano ritenuti degni di interesse solo nella misura in cui rispondono a leggi quantitative -- in quanto la struttura del reale era creduta avere natura matematica.
Uno studio più moderno dell'epistemologia, nell'ultimo secolo, ha portato la maggior parte dei fisici a rigettare questa visione "realista" della matematica ed a limitarsi a sfruttarne la potenza tecnica e formale; d'altra parte, il sempre maggior rigore e la crescente astrattezza delle nozioni della fisica moderna hanno portato a sviluppare teorie fisiche il cui rapporto con il mondo sperimentabile è sempre più debole, mentre dalla parte opposta, soprattutto intorno alla metà del XX secolo, si sono sviluppati modelli fisici dichiaratamente fenomenologici, nati con l'intento di descrivere i risultati di esperimenti ed osservazioni ma senza pretesa di conoscere il meccanismo "vero" delle interazioni.
Esempio emblematico del primo caso è la teoria delle stringhe che, pur essendo elegantissima e coerente (per quanto lo possa essere una teoria fisica) dal punto di vista matematico, non ha ancora fornito previsioni falsificabili e dunque non ha ancora superato il vaglio del metodo sperimentale; nel secondo caso, non si può non citare (anche per i meriti avuti nell'iniziare il campo di studi di questo lavoro, quello dei modelli sigma non lineari) la descrizione dell'interazione forte prima della scoperta (o dell'invenzione) del modello a quark.
Proprio al ruolo sempre più importante della matematica (che spesso ha prodotto gli strumenti necessari ai fisici molto prima che ne nascesse l'esigenza di utilizzo, ma sempre più insegue le idee nate dalla fisica, le formalizza e le rende sistematiche) nella fisica moderna fa riferimento la citazione di David Hilbert messa in apertura, parlando degli spazi che portano il suo nome e che formano il paesaggio in cui è ambientata la meccanica quantistica.
Certamente Hilbert non poteva immaginare fino a che vette si sarebbero spinti i suoi successori, perché probabimente avrebbe evitato la forma incoativa: leggendo i più moderni lavori nell'ambito delle teorie di campo, con il loro linguaggio esoterico, si è infatti portati a pensare che ogni campo sia troppo difficile, anche per gli addetti ai lavori.
Questa marcata settorialità e la differenza di linguaggio che spesso intercorre tra gruppi di ricerca diversi, anche se medesimo è l'oggetto dello studio, sono però rischiose.
Non mi susciterebbe stupore scoprire che problemi ancora aperti in un formalismo sono stati risolti completamente in altri contesti, o che descrizioni molto complicate sono tali non solo per l'effettiva difficoltà della materia, ma perché eredi di approcci non ottimali nelle prime fasi del loro sviluppo.
Del resto, è noto che mettere in discussione paradigmi accettati e ritenuti solidi non è né facile né particolarmente popolare.
Certamente, è molto al di là dello scopo di questa tesi, che si concentra sullo studio delle trasformazioni di gauge per una una classe di teorie di campo, i modelli sigma non lineari, ed in particolare sul modello di sigma di Poisson.
Esso, infatti, è sufficientemente generale per essere significativo ed al tempo stesso può essere facilmente ricondotto ad una cornice concettuale ben nota (quella dello spazio delle fasi della formulazione hamiltoniana della meccanica); inolte -- il che non guasta -- esso si rivela tecnicamente molto accessibile.
Anche in questo ristretto campo d'analisi, però, non mancano le questioni aperte, e che la tesi non chiude, circa il rapporto tra i diversi approcci all'eliminazione -- ma sarebbe più appropriato dire addomesticamento -- della libertà di gauge delle teorie.


Ma durante la discussione della tesi riuscirò a capire qualcosa?

Il "lappare" del gatto

Osservo il mio gatto (sempre quello sopravvissuto al blocco renale) bere il suo latte
La veterinaria aveva raccomandato per evitare i calcoli di non dargli più il latte da bere ma con questo clima autunnale di acqua non ne vuol più sapere nemmeno lui.
Continua a lappare
Certo non ne faccio un problema di biomeccanica, ma io non sono una scienziata seria.
Altri invece al Virginia Polytechnic Institute e alla Princeton University hanno impiegato il loro tempo in un progetto di ricerca sui meccanismi di lappata dei felini


E pensare che giusto ieri un'alunna di quinta sentendo che il conteggio delle concrezioni calcaree di coralli fossili è servito a dimostrare quanto in milioni di anni il giorno terrestre si sia allungato mi ha chiesto:
"Ma chi mai si è messo a fare i conteggi??"
Risposta dell'insegnante:
"Se ne fanno di ricerche che appaiono strane nelle università, chi mai può dirne in anticipo l'utilità?"

Pranzo

Durante il pranzo è normale raccontare quanto successo in mattinata ad un pubblico, quello dei figli, generalmente poco interessato

Sfruttando la presenza dell'esperto comincio a chiedere:
"Ma nell'equazione di Schrodinger cosa significa il delta capovolto al quadrato?"
(semplicemente perchè proiettandola durante la spiegazione dell'atomo ho provocato la domanda in tal senso da parte di un alunno. Volevo si capisse che dietro ai modelli descrittivi ci sono conteggi matematici non che ci si focalizzasse sull'equazione..)
"Si chiama nabla quadro. E' l'operatore laplaciano: somma delle derivate seconde rispetto a tutti gli assi. analogo della quantità di moto al quadrato"

Meglio segnarmelo.

"Già che ci siamo (ci siamo dove? siamo a tavola) leggi un attimo questo articolo del corriere perchè un altro alunno mi chiesto un parere"
L'articolo è "Le stelle, la luce e la scoperta. I buchi neri non sono più neri" di G. Caprara 30.09.2010
Risposta drastica
" L'articolo è scritto male perchè è comprensibile solo da chi sa già di cosa si sta parlando (che tra l'altro capirebbe gli errori presenti come la citazione dei fotoni ad energia negativa). Inoltre la novità dello studio citato non è spiegata, cioè ci si afferma che conferma la teoria ma senza dire come e perchè"
"Ma la teoria quale sarebbe?"
"Fluttuazioni quantistiche del vuoto producono particella e antiparticella subito annichilantesi. Se ciò succede nei pressi dell'orizzonte degli eventi di un buco nero può capitare (sono un po' scettico) che una delle due finisca nel buco nero e l'altra si liberi nello spazio. Ciò avrebbe come conseguenza l'emissione di radiazione dal buco nero che perdendo energia finirebbe per evaporare. Osservazioni sperimentali a sostegno: l'effetto Casimir ( tra due piastre neutre a distanza di pochi micrometri nel vuoto in assenza di campo esterno si misura una forza come quella che si esercita tra particelle cariche virtuali) e l'esperimento TOPAZ effettuato in Giappone (non ce la farò mai a spiegartelo)"

Meglio segnarmi anche questo

Intervento della figlia minore.
"Volete smettere di cianciare che non capisco nulla di cosa sta succedendo a Beautiful?"

Per un attimo l'attenzione va al televisore
Chiedo informazioni sulla trama, su chi sono i personaggi presenti


Devo ancora decidere se è più complicato capire la teoria di Hawking o gli intrecci strampalati della serie televisiva

Campo magnetico terrestre

Come sempre succede quando sono in programma interrogazioni fioccano le domande (è puro interesse, sicuramente non tattica perditempo)

"Ma quanto ci ha spiegato lei sulla dinamo ad autoeccitazione per spiegare il campo magnetico terrestre non concorda con quanto riporta il nostro libro di fisica. E allora?"

Anzichè essere sconvolta dal panico mi appello alla mia laurea in scienze biologiche, indirizzo fisiologico-biochimico.

Ma poichè verrei meno al mio ruolo, appena ho a disposizione il fisico personale (dovrò pur avere un tornaconto dall'aver investito il primogenito in Bicocca) gli giro la domanda.

Prima risposta: "Già, c'è qualcosa che non va. Ha ragione il libro di fisica (partigianesimo puro)"

Non demordo : "Cerca qualcosa"

Arriva la risposta definitiva e me la faccio scrivere così forse è più chiara.

"Abbiamo un disco di materiale conduttore che ruota attorno al suo asse con velocità angolare omega, immerso in un campo magnetico ad esempio verso l'alto (H1). La forza di Lorenz sulle cariche del conduttore, le butta "verso l'esterno"

Se metto un filo elettrico (non rotante) a contatto con il bordo esterno del disco, lo avvolgo intorno all'asse e lo metto poi a contatto con l'asse, questo farà un campo magnetico diretto come H1 (cioè H2)

La reazione "alla Lenz" di questo fatto sarà una forza che tende a far girare il disco più piano.

Esiste però una velocità angolare omega di equilibrio per cui la rotazione continua a velocità costante ed il campo magnetico si autosostiene."

Forse.

Comunque al seguente indirizzo si trova l'articolo completo, con i disegni esplicativi

http://setiathome.berkeley.edu/~pauld/etc/210BPaper.pdf

Unità di misura

GURI n 273 del 23.11.2009

Il Ministero dello Sviluppo Economico recepisce nell'ordinamento nazionale quanto disposto dalla Direttiva 2009/3 del Parlamento Europeo e del Consiglio dell'11.03.2009 in tema di unità di misura del Sistema Internazionale.

Compare il "katal" kat come unità di misura delle attività catalitiche (e chissà mai quando mi capiterà di parlarne) e una nuova definizione di kelvin.

Il kelvin è la frazione di 1/273,16 della temoperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua con composizione isotopica definita dai seguenti rapporti della quantità di sostanza: 0,00015576 mol di H a massa 2 per mole di H a massa 1, 0,0003799 mol di O a massa 17 per mole di O a massa 16 e 0,0020052 mol di O a massa 18 per mole di O a massa 16.

Abituati alla definizione di secondo e alle vecchie definizioni di metro, cosa vuoi che sia ricordarsi la nuova definizione di kelvin

E quando mai un alunno ti chiede la definizione dell'unità di misura? Generalmente c'è d'esser soddisfatti se sa quale usare e il simbolo che la rappresenta

Decadimenti

Antefatto
Incontro una collega di scienze:
"Ma tu come spieghi la forza debole? perchè sono sicura che mi faranno domande"
"Non si accontentano di sapere che entra in gioco nei decadimenti radioattivi?"
"No, non si accontentano"
" Allora chiedo e poi ti faccio sapere ulteriori dettagli"

A tavola, con mio figlio (e il rischio che si blocchi la digestione):
" Se tu dovessi spiegare in termini estremamente semplici in che consiste la forza debole, cosa diresti?"
" In pratica è una finzione matematica, come tutta la fisica"
" Risposta forse vicino alla realtà ma non valida. Già di mio a smantellare la scienza sono sufficientemente brava. Mi serve una risposta appagante"
"Alcune particelle cambiano e non possono cambiare se non c'è una forza che provochi il cambiamento. (Ok?)
Prendiamo per esempio cosa succede nel decadimento beta meno: dal nucleo vengono emessi un elettrone e un antineutrino elettronico (OK?..va bene che la mia espressione è catatonica ma tutti questi ok mi innervosiscono).
Questi provengono dalla trasformazione di un quark down in un quark up.
La forza responsabile di questa trasformazione è stata chiamata interazione debole (anche se è 10 alla 25 volte maggiore di quella di gravità).
Certo che se invece di voler a tutti i costi visualizzare presentassi le equazioni matematiche la spiegazione sarebbe più semplice, chiara e lineare"

"Immagino!!!"

Fisica interattiva

Nel preparare le lezioni relative all'atomo ho trovato molti siti che presentano animazioni per rendere meno ostica la comprensione degli argomenti trattati.
Ne riporto alcune.

Esperimento di Rutherford
Animazione atomo di Bohr1
Animazione atomo di Bohr2
Effetto Compton
Diffrazione elettroni

Nulla però rispetto alla simulazione dell'esperimento tentato al Cern di Ginevra di cui ampiamente già è stato trattato.
E' un po' complicato far partire il simulatore però i risultati sono spettacolari

Simulazione

Almeno così gli esperimenti danno il risultato sperato.

Esperimento CERN

Riporto in modo sintetico la notizia, tralasciando dati tecnici troppo astrusi (tipo cosa siano i bosoni di Higgs):

Si terrà il prossimo 10 settembre 2008 al Cern di Ginevra l'esperimento che ricreerà le condizioni dell'universo immediatamente dopo il big bang. La struttura dell'acceleratore di particelle si estende per 27 chilometri a una profondità di 100 metri sotto le montagne svizzere. Nell'esperimento un fascio di protoni farà il suo giro di prova nell'anello del Cern per ricreare artificialmente un piccolo buco nero all'interno del laboratorio internazionale di fisica di Ginevra. Lo studio sarà utile per comprendere l'origine dell'universo e per capire meglio la sua composizione attuale.

La possibilità di ricreare in laboratorio un buco nero, seppure piccolissimo, ha causato molte proteste tra chi teme che l'esperimento si trasformi in tragedia. La scarsa conoscenza di questi fenomeni non esclude l'ipotesi che il piccolo buco nero inneschi un processo irreversibile, destinato ad attirare a sé tutta la materia del globo e dello spazio circostante.
Secondo gli scienziati del CERN queste paure sono prive di fondamento scientifico. L'esperimento consentirà di compiere un grande balzo in avanti sul cammino del progresso scientifico.

Allora interpello Matteo che è a diretto contatto con i suoi compagni della Bicocca che ci stanno lavorando.

La sua risposta non è proprio quella ufficiale del CERN:

- mi sembra insensato il collegamento in eurovisione per vedere accendere una macchina che arriverà a funzionare a regime verso la fine di ottobre

- dai conteggi fatti il buco nero eventualmente formantesi inghiottirebbe un atomo ogni anno, fai i conti per vedere cosa impiega a inghiottire la terra (non si capisce perchè i suoi conti siano così diversi da quelli dei catastofisti: 4 giorni al massimo per lo stesso risultato)

- se si accorgono che c'è qualcosa che non va spengono subito la macchina (allora stiamo tranquilli!)

E coglie subito l'occasione, lui fisico teorico, per sottolineare tutto il suo scetticismo nei confronti dei fisici sperimentali.

Nell' attesa, neanche troppo angosciante, guardiamoci un video bellissimo:

Fisica a tavola

Non si tratta di un nuovo corso di approfondimento in cantiere per fare compagnia a chimica a tavola.

E' solo la trascrizione dei discorsi che si possono ascoltare alla mia tavola.

Fra: "Certo che in un primo momento pensavo che la camera per verificare direttamente l'azione della forza di Coriolis al Museo delle Scienze di Parigi fosse una camera con assenza di gravità"

Mat: "Scusa ma che c'entra l'assenza di gravità con Coriolis?"

Fra: "Stesso anno del programma di fisica. Volteggiare nell'aria sarebbe stato meglio, lì veniva solo da vomitare"

Lu: "Però non funziona, perchè con le palline io sono riuscita a colpire il bersaglio"

(Spiegazione necessaria per il lettore: in una stanza chiusa, il visitatore viene invitato a seguire linee tracciate sul pavimento e ha modo di verificare direttamente l'azione della forza di Coriolis perchè è sospinto verso la parete o verso il centro della stanza a seconda della direzione di marcia. Inoltre si può osservare lo spostamento su due fili di acqua che si toccano a meccanismo fermo e non si toccano più quando la sala viene attivata. Si è anche invitati a centrare bersagli con palline di gomma e si possono osservare le deflessioni)

Fra: "Certo che sei riuscita. Tu sei bassa e sui bassi il meccanismo non funziona" (!!!!)

Mat: (studente dui fisica inorridito alle parole del fratello ma con un grande rimpianto) "Con tutti quei bambinetti che si sono accaparrati le palline io non ho potuto neanche fare la prova"

Teletrasporto

Vi mancavano, vero, i miei omini?

Scarico

Stamane essendosi protratta più a lungo del solito l'attesa dal dentista, non avendo verifiche da correggere, ho scelto tra le riviste a disposizione quella che mi sembrava la meno peggio.

Così mi metto a sfogliare Focus e la mia attenzione è attirata da un articolo relativo alla forza di Coriolis.

Vi si sostiene che citare il senso di rotazione dell'acqua negli scarichi dei rubinetti come conseguenza della forza (fittizia) di Coriolis sia completamente sbagliato.

Eppure su qualche libro di testo mi sembrava averlo letto.
Non solo, magari l'ho anche ripetuto in classe e se gli autori dell'articolo avessero ragione, ciò sarebbe molto grave (a mia discolpa l'aver sostenuto un unico esame di fisica con un unico argomento fondamentale, il teorema di Bernoulli, il primo anno di corso universitario)

Ma ho o non ho un figlio che sta finendo il corso di fisica alla Bicocca?

Lo investo al rientro immediatamente della questione e resto un poco sconcertata, anche perchè mi aspettavo una risposta subitanea.

E l'osservo muovere le mani con le prime tre dita ad angolo retto, cominciare a scrivere complicatissimi passaggi mentre il pranzo tristemente si raffredda.
Cita gli alisei, i secondi presenti in una giornata, disegna frecce che vanno di qui e di là.

Dopo ponderati conteggi: "probabilmente hanno ragione perchè gli effetti dovrebbero vedersi sul raggio minimo di quattro chilometri però basta che tu faccia la prova"

E il fisico teorico che tanto critica gli sperimentali passa a riempirmi i lavandini perchè se è vero quanto sostenuto nell'articolo, cioè che il senso di rotazione dipende da come si toglie il tappo e dalla conformazione della vasca, dovremmo ottenere risultati diversi a seconda del lavandino utilizzato.

Infatti per due la discesa è in senso orario per uno in senso antiorario.

Piuttosto piccolo il campione per essere considerato attendibile ma ad ulteriori prove si oppone mia figlia : "ma non sapete quanti bambini muoiono di fame e voi sprecate acqua per insulsi esperimenti?"

Conclusioni di tutta la vicenda:

• sarebbe facile controllare su più testi ma sono in vacanza: lascio il compito ai miei lettori


• ho sempre sostenuto che la scelta universitaria di mio figlio non fosse la più adatta a lui per la capacità innata di complicare anche le cose più semplici e ciò negli studi scientifici non paga


• dopo tutto anche se in modo molto elementare l'osservazione di mia figlia potrebbe servire a sollevare la questione sull'uso delle risorse nel mondo: tanti miliardi per la ricerca veramente salveranno la vita dei più poveri?


• qualcosa di mio ho comunque trasmesso ai figli


• e infine, la prossima volta dal dentista mi porterò da leggere un Topolino da casa.

La fine della cosmologia?

Riprendo un articolo apparso su le Scienze di questo mese di M. Krauss e R.Scherrer, a cui rimando gli interessati per una lettura più puntuale.

Sulla base di dati raccolti negli ultimi dieci anni si sostiene che l'espansione dell'universo sta accelerando, grazie ad "antigravità" prodotta da "energia oscura" associata a ciò che a noi sembra vuoto.

Le galassie si allontaneranno così con una velocità apparentemente superiore a quella della luce, sparendo per sempre dalla nostra vista.

Ciò eliminerà i punti di riferimento che consentono di misurare l'espansione, cancellando gli indizi dell'esplosione primordiale, in altre parole non si potrà nemmeno supporre il big bang.

Già una cancellazione quasi totale si deve essere verificata nella fase di inflazione, ai primordi dell'universo, e adesso anche questa.

Adesso è un avverbio forse esagerato poichè continuando la lettura si scopre che a non veder più nulla saranno gli astronomi che vivranno tra cento miliardi di anni.

E ha dell'incredibile quanto riporto integralmente: "Se questo articolo si conserverà, potrebbe essere l'unico indizio con cui le future civiltà verranno a conoscenza del big bang. Resta da vedere se qualcuno lo riterrà credibile".

Alcuni giorni fa, in quinta, discutevamo relativamente alle due sezioni del programma: molto più concreta e di facile applicazione la sezione di geologia, per alcuni aspetti "strampalata" l'analisi fatta in astronomia.

Sarò poco pratica, ma studiare le stelle e la cosmologia (che non è solo ipotesi del big bang) mi piace molto di più che studiare "sassi", ma a tutto c'è un limite.

Qualche alunno segnalava l'assurdità di ricostruire avvenimenti di venti miliardi di anni fa, noto che ci sono scienziati che si stanno preoccupando di quelli tra cento miliardi di anni.

Il mondo biologico non segue questi ritmi temporali: dovrò cercare quale è la specie che in assoluto è durata di più, la nostra non credo rientrerà mai nelle prime classificate.

A fine lettura dell'articolo rimango perplessa