Un universo soltanto

Studiare l’universo non è una cosa facile. Non perché richiede un enorme sforzo intellettuale (che pure ci vuole) ma, forse soprattutto, perché di universo ce n’è uno solo.

Infatti se volessimo testare la legge di gravità ci basterebbe prendere un sasso e farlo cadere cento volte e potremmo osservare la validità di tale legge
(Non sarebbe una conferma perché poi magari potrebbe accadere che la centounesima volta il sasso non cade! – il metodo scientifico docet).

Dunque la vera frustazione è come ottimizzare al meglio l’universo come laboratorio. Infatti se per le singole galassie stiamo a posto perché di galassie siamo pieni, come dicevo, di universo, inteso come tutto quanto, ne abbiamo uno soltanto e non possiamo riprodurne in nessun modo uno uguale per i nostri esperimenti scientifici!

Quello che si può fare è, però, prendere vari pezzi di universo, dicendo che quei vari pezzi sono delle parti rappresentative dell’universo come intero; perciò studiando parecchi pezzi di universo possiamo studiare come è fatto l’universo. Questo è un tipo di approccio statistico ed è quello che si fa con l’universo attualmente.

Studiare le proprietà statistiche dell’universo è esattamente ciò che fanno i cosmologi.
Perché questa roba è importante? Provo a spiegarvelo.


Sono solo a casa e in mano ho un sacco di fagioli secchi. Non resisto alla tentazione e, come un bimbo capriccioso, li butto tutti a terra sul pavimento.
La mamma potrebbe essere molto arrabbiata quando tornerà a casa e vedrà la mia opera d’arte ma io potrei sempre rispondere che l’ho fatto per l’alta causa della divulgazione scientifica.
Tuttavia siccome non vivo a casa con i miei genitori il problema non si pone affatto!
E quindi via: fagioli a terra. Ora ogni fagiolo occuperà un posto sul pavimento – una ben precisa posizione.
Il primo pensiero potrebbe essere quello di aver combinato un disastro e che toccherà pulire in fretta – vivo pur sempre con la mia ragazza! – ma poi la scienza prende il sopravvento e le pulizie vengono inevitabilmente procastinate (ovvio!).

Infatti potrei chiedermi se il mio lancio di fagioli abbia creato una particolare distribuzione sul pavimento. Mi spiego meglio.

Prendiamo due fagioli che giacciono a terra. Essi saranno separati da una certa distanza. Ora potrei chiedermi: quante coppie di fagioli ci sono a terra che sono distanti “tot” centimetri?

D’altro canto voi potreste dire: ma perché mai dovresti chiederti una cosa del genere? Provo a spiegare anche questo.

Qua bisogna fermarsi un attimo a ragionare: infatti è chiaro che il numero di coppie sarà più grande quando considero distanze più grandi per il semplice fatto che ho un numero maggiore di fagioli coinvolti. Quindi se voglio capire se la mia “buttata” (d’ora in avanti la chiamerò così, perdonatemi) di fagioli è particolare, quello che dovrei fare sarebbe confrontare la distribuzione di fagioli che ho creato sul mio pavimento con un’altra distribuzione di fagioli, per esempio una in cui assegno la posizione a terra di ogni fagiolo in maniera casuale (magari facendolo fare ad un computer). A questo punto prendo una distanza, per esempio 5 centimetri e confronto il numero di coppie di fagioli nella mia “buttata” rispetto al numero di coppie della distribuzione casuale. Se questo rapporto è moooolto vicino al valore uno, allora vuol dire che la mia “buttata” ha effettivamente generato una distribuzione casuale.

Che ne dite? E’ chiaro? Se avete capito questo allora già avete compreso tre quarti di cosmologia! Possibile?

Facciamo “finta” che invece dei fagioli abbiamo le galassie e invece del pavimento abbiamo l’universo.
Diciamo che vogliamo contare quante coppie di galassie sono separate da una certa distanza, proprio come per i fagioli, e che vogliamo confrontare questo numero con quello di una ipotetica distribuzione casuale di galassie nell’universo. Ovviamente questo vogliamo farlo per diverse distanze.
Se, come risultato, otteniamo sempre un numero circa uguale ad uno allora abbiamo fatto una scoperta enorme: le galassie sono sono prevalentemente distribuite casualmente nell’universo!

Ma se il risultato è ben diverso da uno, allora la scopertà è gigantesca: le galassie non sono disposte a caso ma preferiscono mettersi a certe distanze le une dalle altre. Come avrete ben capito, questa è una cosa che non si può vedere ad occhio, semplicemente guardando una mappa delle galassie. Questo perché, infatti, diverse distribuzioni di galassie possono portare a proprietà statistiche simili, ovvero ad una qualche distanza preferenziale per un qualche diavolo di motivo fisico.

Non si tratterebbe di una cosa sorprendente, tuttavia. Per esempio, infatti,  nell’universo agisce la forza di gravità. Quindi le cose che hanno massa si attraggono tra loro. E le galassie hanno massa.
Già da questo uno si aspetta di trovare molte più coppie a piccole distanze nel nostro universo rispetto alle coppie che potremmo contare in una distribuzione casuale (in cui la gravità non c’è).
Mentre, andando via via a contare coppie a distanze più grandi, uno si aspetta che la situazione sia più o meno simile a quella di una distribuzione casuale, visto che la gravità è una forza che diminuisce all’aumentare della distanza.

E i cosmologi misurano proprio questo: l’eccesso (rispetto ad una distribuzione casuale) del numero di coppie di galassie ad una data distanza. Non è una cosa meravigliosa?

Questo grafico è preso da un vero articolo scientifico del 2012 di T.Hong e altri collaboratori .

Guardate il grafico qua sopra. Sull’asse orizzontale abbiamo le varie distanze; sull’asse verticale la lettera greca “xi” indica numero di galassie osservate diviso numero di galassie in una distribuzione casuale, il tutto meno uno (in modo tale che poi, a grandi distanze, invece di avere uno come detto sopra avremo zero).
La legenda si riferisce a diversi campioni di galassie: i quadratini bianchi rappresentano tutte le galassie studiate mentre i pallini neri solo le galassie più brillanti, diciamo così. E lasciate perdere il grafico in miniatura: si tratta di uno zoom che mostra che la piccola gobba che si può osservare nel grafico grande tra 100 e 120 è qualcosa di serio, ma di cui non parleremo oggi (si tratta di un segnale molto importante in cosmologia chiamato BAO – Baryonic Acoustic Oscillations o, in italiano, Oscillazioni acustiche dei barioni). Prometto che ne parleremo in un post successivo visto che si tratta di una cosa davvero importante e di un argomento molto interessante.

Ricapitolando, il grafico ci dice proprio che c’è un eccesso di coppie di galassie su piccola scala. E tutto ciò dipende da come è fatto l’universo, da quanta e da quale roba c’è (barioni, materia oscura, energia oscura addirittura!).

Dunque, cosa abbiamo imparato in questo post?
Abbiamo visto che siccome di universo ne abbiamo uno solo, non possiamo pretendere di studiarne le sue proprietà come fosse il solito sistema fisico che possiamo riprodurre quante volte vogliamo. L’unica strada è studiarne le proprietà statistiche, le quali possono essere uguali anche se abbiamo più universi che, a prima vista, sembrano differenti. Questo perché le proprietà statistiche non dipendono da l’esatta posizione delle galassie in universi diversi ma piuttosto da come esse sono “ammassate”; da questo possiamo capire se il modello di universo che abbiamo in mente funzioni o meno.

Questa è la cosmologia.
Questo è come possiamo capire come funziona l’universo in cui viviamo.

La scienza secondo il TG4

Mentre ancora tutti noi eravamo ubriachi di felicità per il successo della missione dell’ESA Rosetta, da qualche parte in Italia decidevano che era il momento di fare un poco di ironia.

Stiamo parlando del servizio del TG4 andato in onda lo scorso 12 Novembre 2014 che avrebbe dovuto raccontare ai telespettatori qualcosa di scientifico riguardo la missione Rosetta. Avrebbe dovuto, ma non lo ha fatto.

Prima di andare avanti, consiglio a coloro desiderosi di un ripasso su tale missione di leggere il post che ho scritto qui su Quantizzando ad Agosto quando Rosetta raggiunse la cometa in attesa di sganciare il modulo Philae, il quale è atterrato sulla cometa proprio il 12 Novembre scorso segnando quella data come storica per l’umanità.

Non parlerò di questo atterraggio ma prometto che scriverò un bel post quando i primi dati verranno analizzati e i primi risultati (speriamo notevoli!) verranno fuori. Per il momento c’è da registrare l’enorme e straordinario successo della missione dell’agenzia spaziale europea, tra cui ovviamente anche l’Italia ha fatto la sua parte. Ma soprattuto vorrei sottolineare, la vittoria non è di uno stato piuttosto che di un altro ma dell’Europa che insieme ha potuto raggiungere un traguardo sensazionale.

Good thinking to wear a yellow hat and wave a flag @philae2014 – much easier to see you 😉 #CometLanding pic.twitter.com/WwdGbW4HhR
— ESA Rosetta Mission (@ESA_Rosetta) November 13, 2014

Ma, come dicevo, qualcuno ha pensato ci volesse l’ironia. Che non guasta mai, sia chiaro, se trattasi di ironia. A volte invece si chiama disinformazione scientifica oppure, se volete, inattendibilità.
Dunque, dicevo, prima di commentare la faccenda lascio che voi stessi vi facciate un’opinione mettendovi qui sotto il servizio del 12 Novembre giorno dell’atterraggio di Philae sulla cometa:
http://www.dailymotion.com/video/x29zzbh_scienza-questa-sconosciuta-il-tg4-e-rosetta_fun#from=embediframe

E poi il servizio in cui quelli del TG4 hanno chiarito cosa intendessero con il servizio precendente:
http://www.tgcom24.mediaset.it/2014/video/il-tg4-e-e-le-polemiche-su-rosetta-ecco-i-perche-del-servizio_2040023.shtml

Sarò sincero. Dopo il primo servizio del 12 Novembre ho lasciato perdere. Mi sono detto: “non vale la pena commentare questa roba”. Ma il secondo servizio, diciamo correttivo, mi ha fatto pensare: “davvero la si può passare liscia affermando una cosa e rigirando la frittata qualche giorno dopo a seguito di alcune polemiche? Davvero?”.

Vedete, quello che mi fa veramente “incazzare” (giusto per farvi capire il mio stato d’animo in parole semplici, come tutte le cose spiegate qui su Quantizzando!) di questi due video non è l’ironia. Dire che la cometa è brutta può far solo sorridere, sono d’accordo.
Piuttosto sono la marea di sciocchezze anti-scientifiche disseminate nel servizio; dove per anti-scientifiche intendo non supportate dai fatti (una cosa da non fare MAI in un servizio di giornalismo scientifico, a mio avviso).

Partiamo dal principio.
Viene dato per scontato che una cometa sia passata “sopra la natività”. Al di là del fatto che la cosa sia vera al 100% o meno, questa affermazione detta all’inizio del servizio non fa altro che improntare il tono su un qualcosa di puramente estraneo alla scienza. Sia chiaro: non sto a sindacare su questioni religiose. Sto solo dicendo che non vi era alcun bisogno di far entrare, anche seppur in maniera marginale, fatti religiosi in un servizio che avrebbe dovuto parlare di una missione scientifica.
Cioè, non si può parlare della natività ogni volta che si parla di comete. Innanzitutto perchè ci sono un numero enorme di comete nel nostro Sistema Solare e tali oggetti orbitano intorno al Sole continuamente anche se putroppo molti di essi non sono visibili ad occhio nudo. Inoltre perché vicino ad una cometa ci eravamo già stati nel 1986 quando la missione Giotto si avvicinò a poche centinaia di chilometri “nientepocodimenoche” alla cometa di Halley.

Quindi che le comete fossero dei “brutti sassi” era conosciuto da poco prima che io nascessi! E dunque, per coloro che credono che ci sia stata la natività e che sia stata effettivamente la cometa di Halley a sorlovare il cielo circa 2000 anni fa durante quell’evento, l’immagine bella della cometa era stata già imbruttita 28 anni fa, sempre dall’ESA (certo che sono proprio cattivi questi, eh!). Ma evidentemente però al TG4 questo non lo ricordavano, visto che non lo hanno menzionato in ben due servizi.

Poi: “gli scienziati sono quasi gli unici ad eccitarsi”. Ne siete sicuri amici del TG4? Per quasi due giorni gli hashtag #Rosetta, #Philae e #CometLanding sono stati trending topic su un social network di vasta portata come Twitter dove un enorme numero di persone, non scienziati, hanno esultato e gioito per aver potuto assistere a tale evento. Ma vabbè, anche questo vi sarà sfuggito.

Some faith in humanity restored—#CometLanding is higher on the Twitter trends list than Kim Kardashian right now. pic.twitter.com/PXwJTYFw4k
— Tanya Harrison (@tanyaofmars) November 13, 2014

Sorvolo sulle scene del film Armageddon. Inspiegabile il perché il TG4 abbia inserito quelle scene di distruzione del film. Al massimo avrebbe potuto inserire una di quelle scene in cui Bruce Willis e la sua squadra si trovavano sull’asteroide, giusto per mostrare che, cinematograficamente parlando, un paesaggio come quello della cometa 67/P era già stato pensato. E invece niente, giù immagini di frammenti di asteoride che distruggono Parigi. Immagini che, ripeto, non ci azzeccavano niente in quanto, come detto, nel file c’era un asteroide e non una cometa. Insomma anche questa differenza tra cometa/missione scientifica/realtà e asteroide/catastrofe/film sarà sfuggita in entrambi i video.

Ancora: i soldi “francamente troppi anche per recuperare un reperto archeologico dell’universo”. Con questa frase, quelli del TG4 affermano che 20 centesimi l’anno per cittadino europeo per dieci anni sono troppi; in altre parole ogni cittadino europeo ha messo circa 4 euro in totale per la missione dell’ESA. Si tratta dunque di poco meno di 4 caffè in dieci anni.
Che dire, francamente una miseria per una missione così importante come quella che cerca di scoprire come è nata la vita sulla Terra (come viene giustamente riportato nel servizio del TG4).

E detto questo dunque automaticamente sorvolo con la frase di apertura del secondo servizio del TG4 dove parlano di “notizie puntuali”.

Infine, lo spezzone di intervista ad Amalia Ercoli Finzi. Estrapolare una parte di intervista per giustificare le proprie affermazioni è, senza giri di parole, inconcepibile.

Quindi, amici del TG4 vi sbagliate quando dite che l’Italia è un paese dove non si può fare ironia sui dogmi della scienza. E anche qui dite una sciocchezza colossale, forse la più enorme di tutte.
La scienza non ha dogmi: tutt’altro! La scienza si basa sul metodo scientifico, dove ogni teoria deve essere confermata dagli esperimenti. E anche dopo un miliardo di esperimenti che provano la teoria, ne basta uno perché la teoria venga ritenuta sbagliata e  quindi da cambiare e aggiustare. Altro che dogmi.

La verità è che in Italia manca proprio che la televisione, uno dei maggiori canali di informazione della popolazione, sia massivamente attiva dal punto di vista della comunicazione della scienza (seppure con le dovute eccezioni di SuperQuark e TG3-Leonardo e chiedo scusa per i programmi che sto dimenticando ma sono fuori dall’Italia da qualche anno, quindi chiedo profondamente perdono ma vi prego di segnalarmeli nei commenti).

Dunque, da principiante nel campo della comunicazione della scienza e da studente di astrofisica da sempre provo a dare un modesto consiglio alla redazione del TG4: la prossima volta, invece di fare due servizi penosi fatene uno come si deve esponendo solo i fatti seriamente (come fa la scienza) e vedrete che non riceverete più alcuna critica. Anzi, potreste aumentare il numero di telespettatori, chissà.

Due parole su Interstellar (senza spoiler!)

Quantizzando non è un blog in cui si fa critica cinematografica, questo è chiaro (ci sono i critici che hanno studiato per farlo come lavoro).
Quindi non starò qua a dirvi se il film mi è piaciuto o meno oppure se questo o quello rispecchia le teorie fisiche perché (uno) non sono la persona più adatta e (due) c’è un libro di Kip Thorne (il fisico teorico che ha fatto da consulente) che potete leggere se vi va.

Però ieri sera ho visto il film del regista Christopher Nolan al cinema. Tra l’altro mi sono sparato tutto il film di tre ore senza intervallo (non so se si tratti di una politica del film o del cinema inglese in cui sono andato, fatemi sapere!) e devo dire che nonostante mi sia sentito un attimino provato da questo, d’altro canto ho potuto totalmente immergere me stesso nell’atmosfera del film e nella (questo lo devo dire) magnifica colonna sonora di Hans Zimmer: una musica davvero coinvolgente.

Non mi aspettavo certo che Interstellar fosse un film in cui venisse spiegata la teoria della Relatività: se lo fosse stato non sarei MAI andato a vederlo (inoltre trascinando la mia ragazza!). Inoltre non capisco perché parecchi scienziati si sono affannati per i fatti scientifici che accadono nel film. Ci sono delle cose più o meno plausibili ma non importa. Dannazione, è solo un film!

Piuttosto, sono andato a vedere il film perché mi aspettavo che una volta uscito dal cinema mi sarebbero tornate forti e prepotenti domande e pensieri che sono sempre stati nella mia mente ma che magari i problemi quotidiani o la routine a volte assopiscono.

In pratica sono tornato bambino. Quel bambino che non sapeva nulla di tutte quelle importanti equazioni e della grande varietà di teorie ideate per spiegare come funziona l’universo.
E io, come il 100% dei bambini nati nella storia dell’umanità, ero un bambino curioso. Fantasticavo su, appunto, viaggi interstellari che avrebbero potuto mostrarmi cose fantastiche. Si vede che allora non avevo ancora scoperto il cinema!

Dunque, ieri sera prima di addormentarmi ho ripensato al vero messaggio del film secondo il mio modesto parere: non sappiamo chi siamo, da dove veniamo e dove andiamo (le classiche domande senza risposte) ma sappiamo che abbiamo un desiderio innato, quello di esplorare l’universo.

RT @Philae2014: I confirm that my @RosettaSD2 went all the way DOWN and UP again!! First comet drilling is a fact! 🙂 pic.twitter.com/Px5G0ZnV4w
— ESA Rosetta Mission (@ESA_Rosetta) November 14, 2014

Se ci pensate, il successo riscosso dalla missione dell’ESA Rosetta e dal modulo Philae che è addirittura atterrato su di una cometa non fa altro che confermare quanta voglia di conoscere come funziona l’universo ci sia in ognuno di noi, scienziati e non.

E Interstellar ci fornisce proprio questo: il desiderio di non fermarci, di continuare l’esplorazione a qualunque costo. Come se non ci fosse altra ragione alle nostre vite. E, badate, questo non vuol dire che dobbiamo essere tutti fisici o astrofisici. Questo vuol dire che dobbiamo tutti tornare ad essere curiosi come quando eravamo bambini (esclusi ovviamente coloro che non hanno mai smesso di essere curiosi!).

Quindi, come avete visto, non ho fatto nessuno spoiler e nemmeno ho provato di convincervi ad andare a vederlo e nemmeno commentato la scienza del film (perché dovrei? Si tratta di un film!).

Vi ho solo detto cosa il film mi ha lasciato dentro dal punto di vista umano. Il desiderio di esplorare ciò che non conosciamo non ha mai lasciato indifferente il genere umano e sono certo che sarà il motivo guida delle nostre decisioni future (molto future!) come specie.
Perciò, il mio consiglio è: se decideste mai di andare a vedere il film Interstellar, dovreste farlo partendo dall’idea che volete passare una bella serata rilassante che vi permetta di dimenticare le fatiche della giornata, proprio come fareste per qualsiasi film. Non andate al cinema sperando di avere delle risposte o delle delusioni o di capirci qualcosa di astrofisica (per quello consiglio la lettura di Quantizzando ;p).
Insomma, inutile farsi aspettave su di un film!

Ci sono film di successo che lasciano qualcosa dentro, altri che fanno passare una serata di risate, altri ancora che fanno piangere. Credo che Interstellar abbia le potenzialità per appartenere alla prima categoria. Ma non perché sia il miglior film della storia, sia chiaro.

Se siete sempre stati curiosi e con la voglia di esplorare l’ignoto, Interstellar non vi dirà come è fatto l’ignoto ma vi dirà che la vostra curiosità è una cosa umana.