Alcune considerazioni sulla Fisica

L'anno mondiale della Fisica (2005) mi sembra l'occasione giusta per presentare alcune mie idee sulla Fisica.
La danza di ShivaQuesta e' l'unica immagine "religiosa" presente al Cern, un laboratorio dove lavorano oltre 10000 persone da tutto il mondo. In effetti e' una statua donata dall'India perche' la danza del dio Shiva che crea il mondo e' una metafora della danza delle particelle elementari che col Big Bang creano il mondo. Particelle studiate dal Cern che ricostruisce questa danza primordiale nel suo accelleratore.
La ragione perche' al Cern mancano simboli religiosi o luoghi di culto e' evidente: si cerca di eliminare ogni cosa che possa turbare la pacifica collaborazione di persone di ogni fede e religione.

Fisica e Pseudoscienze

Sono affascinato dalle cose che la gente crede senza nessun fondamento scientifico. Non mi riferisco alle credenze religiose, ma a tutte quelle teorie pseudoscientifiche che hanno vasto seguito tanto da essere da molti credute vere. C'e' in effetti una maniera molto semplice per sapere se una teoria e' scienza o pseudoscienza. Se e' vera e non puo' essere dimostrata come falsa , allora si tratta di pseudoscienza.

Ma per quanto l'immaginazione degli "pseudoscienziati" sia grande e la credulita' umana quasi infinita, l'immaginazione degli scienziati (e della Natura) e' ancora piu' grande.

Lo scienziato sa che la realta' dei sensi ci inganna e dietro di essa c'e' un'altra realta' a dir poco incredibile che stiamo scoprendo poco a poco .

Ad esempio, se solo un secolo fa qualcuno ci avesse detto che una radiazione continua invisibile proveniente dallo spazio cade sulla terra attraversando il nostro corpo(raggi cosmici), lo avremmo preso per pazzo. Oppure:

  • Accanto alla materia esiste un'antimateria con proprieta' opposte e che quando un oggetto si incontra con un antioggetto , esplode trasformandosi in energia.
  • Esiste un tipo di materia capace di attraversare tutta la terra senza accorgersi di niente(i neutrini).
  • Un "oggetto quantico"(ad esempio un elettrone) puo' passare contemporaneamente attraverso due porte.
  • Probabilmente in aggiunta alle 4 dimensioni (3 spaziali piu' una temporale) esistono altre 7 dimensioni nascoste (teoria delle superstringhe)
  • A ogni decisione che prendiamo tra due alternative A e B il mondo si biforca e 2 mondi paralleli coesistono: uno in cui ho preso la decisione A e l'altro in cui ho scelto B (interpretazione dei molti mondi della meccanica quantistica).
  • Tutto l'universo conosciuto e' nato da un singolo punto che e' esploso producendo le galassie e gli altri oggetti che popolano l'universo.L'esplosione continua ancora. (Teoria del Big Bang)
  • Una radiazione simile a una luce fredda riempie tutto lo spazio:e' la "cenere" rimasta dell'esplosione iniziale del Big Bang (Radiazione cosmica di fondo)
  • Una stella piu' grande del Sole quando termina il combustibile nucleare collassa su se stessa trasformandosi in un buco nero non piu' grande di un punto.
  • Un buco nero al centro della nostra galassia inghiotte tutte le stelle vicine.
  • E' possibile che esistano dei cunicoli nello spaziotempo che ci permetteranno di viaggiare non solo nello spazio ma anche nel tempo (wormhole)
  • Il concetto di spazio sembra essere molto piu' complesso di come pensiamo. C'e' un tipo di materia (detta bosonica) che preferisce stare tutta assieme nello stesso punto (condensazione di Bose-Einstein). Viceversa puo' succedere che due "oggetti quantici" riescano a influenzarsi a distanze enormi in maniera istantanea ignorando il limite costituito dalla velocita' della luce(entanglement e collasso di uno stato quantistico ).
  • L'entanglement quantistico alla base di tecnologie emergenti come i computer quantistici e la crittografia quantistica e ha permesso esperimenti relativi al teletrasporto quantistico.
  • Sempre riferendoci allo spazio, quando Newton spiego' che cio' che faceva muovere un pianeta come Marte non erano gli angeli che lo spingevano ma l'attrazione del Sole, introdusse qualcosa di difficilmente comprensibile: l'azione a distanza. Come faceva il Sole cosi' distante da Marte a sospingere lo stesso sulla sua traiettoria? Questa azione a distanza avveniva in maniera istantanea o no? Il problema fu risolto anni dopo e la soluzione consiste nel fatto che il Sole e Marte si scambiano non solo la luce ma anche delle particelle dette "gravitoni" che producono l'attrazione. Potete visualizzare la cosa facendo un gioco in cui uno fa il Sole , l'altro Marte e i due interagiscono scambiandosi una palla di gomma. La velocita' non e' istantanea ma quella della luce. Una volta risolto questo problema ne e' sorto uno simile nella meccanica quantistica. Qui possiamo avere sistemi fatte da "particelle" che girano sia in un senso che nell'altro. Non e' che non sappiamo in che senso girano ma le particelle si comportano come se davvero girassero in ambedue i sensi. Se pero' misuriamo la rotazione di una particella, in maniera istantanea tutte le altre particelle si mettono a ruotare in un dato senso. Possono stare in galassie separate ma il cambiamento e' istantaneo. E' in questo modo che si potrebbe realizzare una specie di teleportazione.
  • Cosi' il concetto di tempo non e' semplice come sembra.Il tempo dipende dal luogo dove ci troviamo e all'interno di un buco nero sembra fermarsi.
  • Lo spazio "vuoto" brulica di attivita' con coppie di particelle/antiparticelle che si creano dal nulla per poi ritornare nel nulla(fluttuazioni del vuoto). Il nostro stesso universo potrebbe essere stato creato da una gigantesca fluttuazione del vuoto.
  • Ogni particella passa una parte del suo tempo come combinazione di altre particelle in tutte le combinazioni possibili. Queste particelle vengono dette virtuali ma hanno degli effetti che si possono misurare. Durante il periodo di tempo in cui la particella diventa una moltitudine di altre particelle, la conservazione dell'energia viene violata. Ad esempio un fotone emesso dall'atomo di idrogeno vive per una piccolissima frazione di tempo come la coppia di particelle elettrone+ positrone e queste interagendo con l'elettrone (reale) dell'atomo provocano una piccola variazione energetica di uno degli stati dell'atomo di idrogeno (lo spostamento di Lamb) che e' stato misurato.
    Un altro effetto reale delle particelle virtuali e' la graduale evaporazione di un buco nero scoperta da Hawking. Una delle particelle della coppia di particelle virtuali rimane intrappolata nel buco nero e l'altra riesce a sfuggire diventando cosi' una particella reale. In tal modo a poco a poco il buco nero perde energia fino a scomparire.
  • Potrebbero esistere dei mondi paralleli al nostro e potrebbe essere possibile comunicare con esseri intelligenti che vi abitano utilizzando la forza di gravita'.(Teoria delle superstringhe)
  • Il cosmo e' nato 13,7 miliardi di anni fa col Big Bang. Esso e' in percentuali di peso formato per il 4% di atomi , per il 14% di materia che ancora non abbiamo scoperto (la materia scura o dark matter) e per il restante 82% di energia di origini sconosciute (la cosiddetta energia scura o dark energy)
Alcune di queste idee pazzesche sono ancora da confermare ma altre possono essere ormai verificate da chiunque con semplici esperimenti.

Perche' siamo cosi' creduloni e accettiamo senza discutere tutte le invenzioni di ciarlatani,imbroglioni,santoni,etc... E' la stessa ragione per cui diventiamo scienziati e cerchiamo di scoprire come funzionano le cose! Ognuno di noi ha questo bisogno di capire e spiegare quello che succede. Una falsa spiegazione e' molto meglio di nessuna spiegazione : almeno ci da' l'illusione di poter controllare in qualche modo la nostra vita. Questo specialmente se la domanda ci angoscia e la scienza non puo' offrirci nessuna risposta certa. Le malattie incurabili hanno migliaia di cure! C'e' un'altra cosa che facilita il mestiere dei ciarlatani: qualsiasi spiegazione date, potete sempre trovare un singolo caso in cui la spiegazione funziona! La Scienza invece si sobbarca a uno sforzo incredibile per dimostrare che la spiegazione data vale in TUTTI i casi! E quando non puo' dimostrarlo preferisce tacere.

Fisica e Informatica

Nonostante abbia una laurea in Fisica, il mio lavoro puo' essere descritto come quello di un programmatore di computer piu' che di un fisico.Eppure non ho mai fatto il grande salto passando dalla ricerca in Fisica alla ricerca in Informatica.Questo perche' le conoscenze di Informatica mi hanno permesso di interessarmi sempre di piu' alla Fisica dandomi una visione originale della scienza . In questa visione uno vede la natura come un computer. Ogni singolo fenomeno fisico puo' essere visto anche come un problema di trattamento dell'informazione.Ad esempio il fatto che non sia realistico pensare che un computer/fenomeno abbia una capacita' di memoria infinita, porta come conseguenza che tutte le misure che possiamo fare sono finite e che normalmente l'andamento temporale di un fenomeno e' inconoscibile a priori tranne in casi molto semplici (caos deterministico).

Un buco nero presenta da questo punto di vista alcune interessanti caratteristiche. Il buco nero inghiotte tutto e quindi anche l'informazione di tutti gli oggetti senza restituire niente a parte 3 grandezze misurabili dall'esterno: massa, carica e rotazione. Ora questo non e' un paradosso se si pensa al buco nero come qualcosa di eterno: una tomba che conserva per sempre i resti degli oggetti inghiottiti al suo interno. Ma le cose non stanno proprio cosi'. Hawking ha scoperto che un buco nero per un effetto dovuto alla meccanica quantistica, a poco a poco evapora. Mentre evapora, il tutto deve avvenire in modo da restituire l'informazione persa altrimenti andremmo incontro a un paradosso. Un modo di risolvere questo paradosso e' quello di dotare il buco nero di un "muro di fuoco" che distrugge l'informazione di tutti gli oggetti che vi cadono. Quando potremo osservare piu' da vicino un buco nero probabilmente questo problema sara' risolto.

Anche i sistemi di particelle nello stesso stato quantico (entangled) presentano da questo punto di vista, un aspetto paradossale. Si comportano come se lo spazio, il tempo e la causalita' non esistono finche' sono in questo stato. Sono pura informazione. Poi , quando uno fa una misura, si ha un "collasso" ed allora tutte le particelle "decidono" quali sono le grandezze che gli compentono in maniera coerente. Quindi possiamo avere particelle entangled in 2 galassie diverse che per cosi' dire comunicano in maniera istantanea in modo che se la particella A ruota in un senso, l'altra ruota in senso contrario. E' questa la famosa inquietante azione a distanza di Einstein. Il bello di tutto questo e' che non viene violata nessuna legge fondamentale della fisica perche' il collassamento non puo' essere usato per trasmettere informazione a velocita' maggiore della luce oppure a viaggiare all'indietro nel tempo. Questo perche' finche' non avviene la misura e il collassamento , l'informazione e' inaccessibile all'interno dello stato quantistico e non puo' essere usata.

Fisica e Religione(1)

Qualcuno mi ha chiesto se credo in Dio. Forse voleva sapere se avevo trovato nella Fisica una prova dell'esistenza di Dio.La Fisica e la scienza in generale devono il loro successo a partire del 1600 al fatto di occuparsi di domande a cui e' possibile dare una risposta.Riusciamo per esempio al momento attuale a sapere che il nostro universo e' cominciato con una grande esplosione . Possiamo anche dare una descrizione di come doveva essere l'universo nei primi istanti. Dimostra questo che Dio non esiste? Solo se avete una concezione "ingenua" di Dio come quella che si aveva nel medioevo. Se siete uno scienziato del XXI secolo e volete ancora credere in Dio, dovete esercitare la vostra immaginazione e considerare Dio come il mistero ultimo al di la di tutti i fenomeni scoperti e da scoprire. Considerate tutti i misteriosi fenomeni svelati finora (raggi cosmici, teleportazione quantica,antimateria,materia scura,...) e pensate a quelli ancora piu' misteriosi che non sono stati ancora svelati. Tra questi c'e' anche Dio. Affermare che Dio non esiste per me e' come affermare che la Scienza ha gia' scoperto tutto.

Come scienziato sono d'accordo con Richard Dawkins quando dice che la scienza non ha bisogno di Dio per spiegare l'emergere dell'uomo e la complessita' del creato. Non sono invece d'accordo con lui quando dice che questo implica che la Religione sia un male. Sono d'accordo sulla sua idea che noi siamo il prodotto di un "gene egoista" che ci ha creati per meglio propagarsi. Sono d'accordo con la sua idea che cosi' come c'e' un'evoluzione che serve a selezionare i geni migliori cosi' le idee costituiscono dei "meme" che competono tra loro. Solo le idee migliori sopravvivono. La religione e' un meme di grande successo."L'irragionevole" successo del meme Religione indica che questa idea e' probabilmente vantaggiosa per l'umanita' nonostante i conflitti che talvolta provoca. A queste considerazioni io aggiungerei anche il fatto che ormai nell'era di Internet siamo per cosi' dire tutti nella stessa piazza ed ogni motivo di divisione va evitato. Questo ha conseguenze non tanto per il singolo individuo che puo' credere in qualsiasi cosa fermo restando che non danneggi gli altri, ma le istituzioni di tipo religioso. Per capire qual'e' il problema:immaginate che Internet invece di essere un unico luogo dove ognuno e' di casa, fosse strutturato come una chiesa. Immediatamente avremmo 10 , 1000 Internet diverse tutte incompatibili. Ecco le religioni devono globalizzarsi e diventare come Internet.

Inoltre cosi' come in uno stadio gli striscioni razzisti sono intollerabili, ogni messaggio di odio o disprezzo verso altre religioni o credenze non deve essere tollerato. Ormai,per ogni cosa che diciamo, dobbiamo tener conto che la nostra platea e' tutto il mondo e dobbiamo agire di conseguenza. Se non vogliamo che la nostra bravata "locale" provochi conseguenze disastrose a livello mondiale come e' successo con le vignette anti Islam in Danimarca o con la maglietta del ministro Calderoli.

Fisica e Religione(2)

Il testo scritto sopra ha provocato le critiche di qualche collega che "le posizioni ragionevoli e moderate come la mia non fanno altro che prestare il fianco e fornire alibi agli estremisti religiosi ed irrazionali". Nel frattempo sono usciti alcuni libri di grande successo scritti da atei che invito , specialmente i credenti, a leggere

  • Richard Dawkins : The God delusion
  • Piergiorgio Odifreddi:Perche' non possiamo essere cristiani (e meno che mai cattolici)
  • Sam Harris : The End of Faith
  • Daniel Dennet : Breaking the spell
Sono dei libri molto pacati e scritti molto bene. Ognuno si basa su argomenti diversi per dimostrare che la religione e' un relitto del passato e non ci serve piu'.

Personalmente, per quanto sono d'accordo su quasi tutte le prove portate dagli autori, non sono d'accordo sulla conclusione. Non ho problemi a credere che ad esempio, tutte le religioni si basano su una serie di miti arcaici. Che esistono pochissime o punto prove che personaggi come Gesu' siano esistiti o abbiano fatto quello che e' stato riportato. E cosi' via ... Il problema con tutte queste argomentazioni e', innanzi tutto, che non possono provare che Dio non esiste. La scienza non puo' provare che Dio esiste ma nemmeno che non esiste. Un secondo problema di queste argomentazioni e' secondo me, che non tengono conto del fatto che la fede in Dio sia per cosi' dire codificata in qualche parte del nostro cervello. Durante l'evoluzione, non sappiamo bene perche', nel cervello di tutta l'umanita' e' apparsa questa necessita'. Ora dire alla gente che e' una escrescenza inutile o dannosa del nostro cervello e' come dire che ,ad esempio, che il mio braccio destro , che e' a sua volta un effetto dell'evoluzione e' dannoso perche viene usato per commettere il 90% dei delitti. Cio' che voglio dire e' che , per contribuire in maniera costruttiva alla soluzione dei problemi che sembrano creare le religioni allora bisognerebbe capire perche' esiste nel nostro cervello questa necessita' innata a credere in Dio . Probabilmente gli scienziati atei non hanno problemi a soddisfare questa necessita' senza credere in Dio. La scienza e' una meravigliosa sorgente di "miti" e posso capire benissimo che ,ad esempio, persone come Hawking(che e' ateo) possono credere nel loro intimo in qualche cosa che si sostituisca al Dio ingenuo delle religioni. Ho citato Hawking perche' racconta egli stesso che, accolto dal papa in san Pietro, il papa disse che la scienza poteva indagare su quello che era successo dopo il Bing Bang ma cio' che era successo prima apparteneva a Dio. Hawking invece aveva formulato una teoria per cui il tempo si muoveva in maniera circolare , per cui non c'era un prima e quindi non c'era bisogno di un Dio.
Terminando il mio argomento, diro' che la "gente comune" non puo' avere l'immaginazione degli scienziati e quindi togliergli Dio senza sostituirlo con "qualcosa di simile" e' come togliere a un bambino un giocattolo o Babbo Natale. Invece lo sfruttamento di questa necessita' umana fatta da alcune organizzazioni e' un problema serio che l'umanita' nel suo insieme deve cercare di risolvere.

Invece l'argomento addotto da qualcuno di questi atei che secondo le statistiche il 92% degli scienziati dell'Accademia delle Scienze(americana) e' ateo, mi lascia freddo. Chi cita queste cifre vorrebbe dimostrare che gli scienziati ragionando in maniera razionale "naturalmente" tendono a non credere a Dio come non credono alle favole.Se uno viene da me e mi racconta una favola chiedendomi di crederla come vera; allora gli rispondo che mi sta prendendo in giro. La stessa cosa rispondo, magari in maniera piu' cortese, a chi cerca di farmi cambiare religione. So benissimo che la mia religione non e' "quella vera" e "non puo' essere perfetta" cosi come non possono esserlo tutte le altre. Per questa ragione non vedo la necessita' di cambiare. E allora, mi chiederete, cosa rimane? La mia razionalita' ,per quanto sia il miglior metodo per giudicare cio' che e' vero da cio' che e' falso, non e' sufficiente per dare una risposta a tutte le mie domande. E' come per il fumo. E' incontestabile che il fumo fa male, quindi sembrerebbe una decisione razionale quella di smettere di fumare. Ma purtroppo e' anche incontestabile che smettere di fumare non risolve tutti i nostri problemi, anzi potrebbe anche peggiorarli. Come dice qualche fumatore anche l'86% delle persone che non fumano muoiono. Cosi' abbandonare la religione non risolvera' i miei problemi.Percio' mettiamola in questo modo: poniamo in via ipotetica che la mia religione ,qualunque essa sia, sia un comportamento umano "incomprensibile" come lo sono in parte il sogno e i giochi. Cerchiamo di capire perche' questo comportamento e' cosi' diffuso. A cosa serve. Forse e' davvero inutile come dicono alcuni. O forse e' una cosa utile che puo' essere perfezionata. Per concludere the "bottom line" come dicono gli inglesi, e' questa: se condivido l'argomento degli atei che talvolta alcune chiese trattano i credenti come idioti cui insegnare formule o favole senza ragionare, non condivido la loro critica di trattare tutti i credenti come idioti.

Fisica e Matematica

La matematica dietro la Fisica e' quello che piu' spaventa gli studenti e li fa scappare via da questa bellissima materia. I docenti delle scuole medie e dell'Universita' non cercano in nessun modo di facilitare le cose, anzi usano la Matematica per selezionare gli studenti.

Eppure ,secondo me, non dovrebbe essere cosi'. La Matematica non e' altro che un linguaggio arbitrario inventato dall'uomo, anzi un'infinita' di linguaggi diversi inventati dai matematici. Andrebbe insegnata come un gioco: inventate il vostro linguaggio con le vostre regole e fate della Matematica senza saperlo. Invece una maggioranza di insegnanti ignoranti la presentano agli studenti come il Verbo : 2+2 deve necessariamente fare 4 perche' lo hanno detto i matematici.

A me piacciono le lingue straniere, tutte le lingue. Mi diverto a "leggere" documenti in una lingua sconosciuta anche se non ne capisco molto. Ricordo che imparavo il latino leggendo testi in latino senza quasi usare il vocabolario, cercando di capire dal ritmo il significato. Le mie traduzioni all'ultimo anno di Liceo non erano eccelse ma erano veloci e all'esame di Maturita' ho terminato subito la prova scritta scoprendo all'uscita della scuola di essere il primo ad aver finito. Questo per dire che ho affrontato la matematica legata alla fisica con lo stesso spirito.

Questo aveva per lo meno il vantaggio di sdrammatizzare le cose. Ascoltavo le lezioni (di solito incomprensibili) dei miei professori universitari cosi' come avrei ascoltato uno straniero che parlava nella sua lingua. Parlavano uno strano linguaggio ma io avrei a poco a poco a forza di leggere e ascoltare imparato a parlare quel linguaggio.Questo mi permetteva di cavarmela per il rotto della cuffia agli esami orali. Ma per gli scritti questo approccio non era sufficiente. La teoria sarebbe che voi imparate le leggi fisiche e poi le applicate ai problemi concreti proposti nelle prove scritte. Non illudetevi: nemmeno i piu' grandi scienziati riescono a fare questo. Le prove scritte sono un mondo a parte che non ha niente a che vedere con la teoria : per ogni problema esiste un trucco particolare per risolverlo. Se non avete risolto o visto risolvere prima centinaia di problemi imparando a riconoscerli e classificarli a seconda del trucco usato, non avete nessuna chance di risolvere le prove scritte, neanche se conoscete la teoria come Enrico Fermi. Si racconta infatti di Fermi che aveva una maniera tutta sua di risolvere i problemi pratici. Sembra che avesse scoperto una diecina di trucchi base che gli permettevano di risolvere quasi ogni problema.

Diceva il mio professore di Liceo che solo pochissime persone al mondo capivano le equazioni di Maxwell che sono la summa della Matematica applicata alla Fisica. Dopo aver studiato e fatto ricerca per tanti anni, la mia impressione e' che NESSUNO al modo ha mai capito le equazioni di Maxwel, nemmeno Maxwell. Ma questo non perche' le equazioni sono difficili ma perche' il linguaggio (o sarebbe meglio dire i linguaggi) matematico e' limitato. Basti dire che molti fenomeni fisici sono descritti altrettanto bene da 2 linguaggi in contraddizione tra di loro! Questo non per screditare la Matematica ma solo i Matematici (o meglio aspiranti Matematici) saccenti. E' uno strumento magnifico ma pieno di limitazioni e per centinaia di anni e' stato il nostro unico strumento. Solo adesso e' arrivato il computer che e' una specie di matematica in azione e puo' permetterci di superare le limitazioni della matematica fatta solo di formule come le equazioni di Maxwell.

Avete mai pensato che noi riusciamo da migliaia di anni senza conoscere alcuna formula e alcuna teoria, a colpire con una freccia un animale che corre? Ora riusciamo anche a far arrivare un'astronave su un asteroide. Abbiamo bisogno di formule, di computer, di tecnologia ma concettualmente e' lo stesso che colpire con una freccia una preda. Cioe' le formule non sono la realta' ma un mezzo come tanti altri per padroneggiare la realta'. Funzionano abbastanza ma non del tutto (Vi fidereste a farvi mandare su Marte senza un po' di combustibile di riserva nel caso i calcoli non fossero perfetti?). E alla fine resta dietro al loro successo un mistero.

Macchina molecolare per duplicare il DNAQuesto video (clicca sopra per farlo partire) mostra la crescente rilevanza della Fisica per la Biologia. Tutto e' cominciato con la spiegazione dei legami molecolari ad opera della Meccanica Quantistica. Poi la scoperta del DNA come molecola contenente la ricetta per creare nuovi esseri viventi e infine le nanotecnologie che costruiscono macchine molecolari artificiali.

Fisica e Biologia

Quando la meccanica quantistica spiego' finalmente i legami molecolari fu chiaro che la spiegazione di come un nuovo essere vivente viene creato a partire dalle molecole contenute in ogni singola cellula di ogni essere vivente, fosse prossima. Schroedinger scrisse nel 1944 un famoso libro What is Life? che ispiro' molti scienziati a dedicarsi alla ricerca della molecola della vita. La spiegazione arrivo' infatti nel 1953 dopo un nuovo sviluppo che in apparenza non aveva niente a che fare con la biologia. Lo sviluppo del concetto di informazione , di codice e di computer a programma memorizzato.Infatti con grande sorpresa si scopri' che la molecola che conteneva l'informazione per costruire un essere vivente non era altro che un rudimentale programma di computer. E in particolare conteneva sotto forma di codice tutta l'informazione per creare le innumerevoli proteine di un essere vivente. Come aveva previsto Schroedinger, la struttura locale del DNA era tale che un semplice raggio cosmico poteva produrre un cambiamento locale senza distruggere la ricetta globale producendo le mutazioni responsabili dell'evoluzione. Da allora in poi, abbiamo questa straordinaria immagine di ogni singola cellula contenente una Treccani piena di ricette per fare proteine, entrata ormai nel nostro bagaglio di conoscenze. Tutta una serie di sviluppi incredibili derivano da questo semplice trucco della natura. Ad esempio:

  • Esiste un essere vivente fatto di sola informazione (cioe' semplice DNA) che si riproduce hackerando il DNA delle cellule viventi in modo da riprodurre se stesso in un numero enorme di copie facendo scoppiare letteralmente la cellula infetta : e' il virus.
  • L'uomo e gli altri esseri viventi non sono altro come dice Dawkins nel Gene egoista che involucri un po' piu' sofisticati rispetto al virus del codice genetico. Quello che conta alla fin fine e' che l'informazione del DNA sopravviva di generazione in generazione. Per esempio anche il comportamento altruistico potrebbe essersi affermato solo perche' e' il piu' efficiente da questo punto di vista. (Lo so :e' triste ma potrebbe essere vero).
  • Il cancro e' dovuto semplicemente a pezzi di DNA con qualche errore(oncogeni). Questo permettera' fra poco il depistaggio usando dei marcatori di questi codici errati oltre che una terapia che interviene direttamente sui geni.
    Ricondurre il cancro al DNA ha finalmente permesso di capire questa incredibile malattia in tutti i suoi dettagli comprendendo come il fatto di non poterla combattere ancora sia dovuto alla grande complessita' in termini di quantita' di informazione. I cancri piu' comuni sono circa 50 : ognuno collegato a un diverso tipo di cellula. Ma ognuno di essi si sviluppa allo stesso modo. Una singola cellula con materiale genetico mutato "impazzisce" e riesce a diventare immortale , riproducendosi velocemente e crescendo fino a distruggere gli organi vicini. Dietro ogni tipo di cancro c'e dunque un genoma modificato e il loro studio e' appena cominciato. La completa mappatura delle mutazioni genetiche collegate a ogni tipo di cancro richiedera' una potenza di calcolo pari a quella richiesta da 10000 genomi umani normali! Il risultato sara' Il Cancer Genome Atlas. L'enormita' del problema si ricava dal fatto che a ogni tipo di cancro sono collegati da 10 a 100 geni modificati e per trovarli occorre esaminare un certo numero di malati confrontandoli col genoma normale. Ogni malato ha a sua volta le proprie differenze individuali ma sommando le differenze per piu' malati si vedono chiaramente i geni modificati presenti in molti malati. Anche il collegamento del cancro con i virus puo' essere capito facilmente. Un oncovirus hackerando l'informazione genetica puo' inserire un oncogene nel DNA di una cellula normale.
  • lo studio dei gemelli monozigoti che hanno esattamente gli stessi geni hanno mostrato che le variazioni ambientali producono durante la vita di una persona delle variazioni del genoma dette epigenetiche attivando o disattivando per esempio la produzione di una proteina. Quindi i gemelli monozigoti hanno lo stesso genoma ma differente epigenoma. Non solo, ma una variazione epigenetica puo' essere passata alle generazioni successive. Figli e nipoti di donne che hanno patito la fame durante la seconda guerra mondiale sono piu' bassi del normale e piu' predisposti al diabete e alla psicosi. Quindi mentre il genoma varia lentamente, variazioni epigenetiche possono rispondere rapidamente a variazioni ambientali come la carestia in modo che la successiva generazione sia piu' preparata ad affrontarla (nel caso non fosse finita).

E' indicativo il fatto che Schroedinger non uso' la parola informazione ma "entropia negativa" per spiegare il fatto ora diventato banale che l'informazione diminuisce l'entropia di un essere vivente a scapito di un aumento dell'entropia dell'intero universo. Ma oltre al DNA le scienze biologiche sono entrate alla grande nella fisica a partire da una famosa presentazione di Feynman del 1959 There's plenty of room at the bottom sulla possibilita' di assemblare atomi per costruire macchine molecolari. Questo lo ha reso il padre della nanotecnologia che ora mira a creare macchine e in generale sistemi che usano direttamente le singole molecole.

Sia per le scienze biologiche che la nanotecnologia, un contributo essenziale della fisica e' stato quello di creare dei mezzi di visualizzazione molecolare e atomica. Infatti per la scoperta del DNA un apporto essenziale e' stato quello della biofisica Rosalind Franklin con le sue immagini di diffrazione a raggi X del DNA. (Non ha avuto il Nobel perche' e' morta prima che il premio fosse assegnato a Watson, Crick e Wilkins). Per le nanotecnologie lo sviluppo effettivo si e' avuto solo nell'ultimo ventennio dopo che il microscopio a scansione per effetto tunnel (STM) ha permesso di vedere i singoli atomi.

Fisica e Psicologia

La Psicologia aspira da circa un secolo a diventare una scienza come la Fisica basata su fatti sperimentali. Ma la complessita' del cervello era troppo grande. Negli ultimi anni invece si sono aggiunti 2 strumenti essenziali legati per lo piu' alla Fisica: la possibilita' di simulare il funzionamento del cervello e la possibilita' di visualizzarne il funzionamento. E' lo sviluppo del campo delle neuroscienze che sta ancorando rapidamente la psicologia a fatti concreti.

arte prodotta al CernAlcune immagini di produzioni artistiche fatte da artisti che hanno collaborato col Cern.

Arte e Scienza

Mi piace creare immagini usando gli algoritmi frattali e, nonostante le immagini prodotte non siano granche', quest'attivita' mi ha interessato alle connessioni tra scienza e arte.

Tra scienziati e artisti ci sono molte somiglianze. Non per niente Leonardo fu un grande scienziato e un grande artista. Sia l'artista che lo scienziato basano il loro lavoro su una sperimentazione continua. Questa ricerca e' pero' guidata da criteri completamente differenti.In un caso criteri scientifici oggettivi, per l'artista criteri estetici soggettivi.

Sia l'arte che la scienza sono in continua crescita : l'artista e lo scienziato di oggi devono conoscere i risultati ottenuti dai grandi scienziati e artisti del passato. Cosi' come un fisico non puo' ignorare i risultati di Galileo e Newton, un artista deve conoscere l'opera di Michelangelo e Picasso.

In ambedue i casi raggiungere l'eccellenza richiede un duro apprendimento di anni e anni in un ambiente favorevole.

Ci sono dei casi in cui artisti e scienziati possono collaborare o perlomeno comunicare.

  • Per esempio la ricerca continua di novita' porta l'artista ad "appropriarsi" di nuove tecniche scientifiche, nuovi materiali, nuovi strumenti , utilizzandoli a scopo artistico.
  • Alcune innovazioni tecnologiche possono cambiare completamente l'approccio "sperimentale" di alcuni artisti. Si pensi ad esempio all'enorme influenza sulla pittura dell'invenzione della fotografia (che a sua volta e' diventata una forma artistica).
  • L'artista puo' aiutare lo scienziato a rendere piu' comprensibili ai comuni mortali i suoi risultati astratti. Ad esempio spiegando in maniera piu' comprensibile cos'e' il bosone di Higgs e perche' la sua scoperta sia cosi' importante. E' per questo che al Cern e' stato istituito il posto di artista in carica. Ogni 3 mesi l'artista in carica che proviene da ogni tipo di arte, cambia. Prima di andare via un artista contribuisce con la sua opera a spiegare o per lo meno a rendere piu' memorabili i risultati scientifici.

Perche' la Scienza?

Perche' ho scelto Fisica e sono diventato un ricercatore? Non ho perso quella curiosita' innata su come funzionano le cose. Una vecchia sveglia (meccanica) smontata e rimontata diverse volte durante l'infanzia ha rappresentato per me la perfetta metafora di come mi piacerebbe capire la realta' e i fenomeni intorno a noi. Un po' piu' in la negli anni ricordo un trattore agricolo che aveva una serie completa di disegni con una vista esplosa di tutte le sue parti. Un altro esempio di come sia possibile descrivere il funzionamento di una complessa macchina con una serie di disegni che possiamo "capire" con l'occhio della mente fino al punto da poter immaginare (simulare direbbero i programmatori) col nostro cervello il funzionamento di ogni singola parte. Un altro importante strumento per chi vuole capire le cose e' la conoscenza del corretto linguaggio per descrivere le cose. Non sempre basta un disegno... Ed ecco il mio interesse fin dalla scuola media per le lingue straniere e poi per la lingua straniera per eccellenza degli scienziati: la Matematica. Fino ad arrivare all'intuizione che si puo' descrivere qualsiasi fenomeno in maniera semplice: basta solo trovare il linguaggio adatto!

Un'altra cosa della quale mi sono poco a poco reso conto specialmente dopo aver cominciato a studiare all'universita' e' l'importanza di farvi spiegare le cose da chi (davvero) conosce il loro segreto. Molti libri di divulgazione non servono a questo scopo perche' l'autore nel tentativo di facilitare il vostro compito di comprensione da una versione completamente fuorviante della materia. Purtroppo quando ho cominciato a interessarmi a queste cose non esisteva Internet ne' la valanga attuale di libri di divulgazione a buon mercato. Ho dovuto accontentarmi di pochissimi libri oltre a quelli scolastici. Ho conosciuto le opere di Feynman (uno dei migliori divulgatori) solo agli ultimi anni dell'universita': ora potete ascoltare su Internet le sue impareggiabili lezioni dalla sua viva voce. Non ho avuto insegnanti eccezionali : solo un buon insegnante di Matematica e Fisica al Liceo. Ma e' probabile che senza questo insegnante non avrei scelto Fisica all'universita'.

Infine il computer, conosciuto al terzo anno di Universita', mi ha fatto conoscere una macchina per certi versi straordinaria. Molto piu' straordinaria della sveglia o del trattore della mia infanzia. Una macchina trasparente di cui si puo' seguire il funzionamento passo a passo e che puo' al tempo stesso simulare qualsiasi altra macchina. Gli ingranaggi di questa macchina sono un testo scritto da persone. Se uno crede che l'uomo sia anch'esso una macchina allora e' possibile che in futuro un computer possa aquistare delle capacita' umane. Per la prima volta in effetti attraverso queste macchine possiamo rispondere con l'esperimento ad alcuni grandi problemi filosofici. Scoprire per esempio cos'e' la coscienza quando vedremo il primo computer comportarsi in maniera cosciente. Ma senza arrivare a questi livelli (ci vorranno decenni se non secoli), i computer permettono gia' adesso di simulare migliaia di fenomeni fisici e costituiscono percio' un formidabile strumento per chi voglia accostarsi alla scienza.


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