Un secondo in più

Quanto dura un giorno?

Sembra una domanda davvero sciocca e la risposta che chiunque darebbe è: 86400 secondi, cioè 24 ore. O meglio, questa è la durata del giorno, tutti i giorni, secondo gli orologi delle nostre case e ai nostri polsi…ops, scusate, ma sono all’antica. Volevo dire secondo l’orologio dei nostri smartphone.
Comunque, questo è anche ciò che dice l’UTC, ovvero Tempo Coordinato Universale. L’UTC è un tempo generale, non specificato per una particolare località sulla Terra. In pratica è un orologio a sé stante che scandisce il tempo del cosiddetto giorno solare medio (che dura 24 ore), ovvero la tipica durata, durante l’anno,  della rotazione della Terra attorno al proprio asse durante l’intervallo di tempo che passa nell’osservare il Sole passare due volte nella stessa posizione nel cielo (ma non alla stessa altezza, eh).
L’UTC è un tempo atomico. Cioè la durata di un secondo per l’UTC si basa su transizioni elettromagnetiche estremamente precise e prevedibili dell’atomo di Cesio (pensate, sballa di un secondo ogni 1 milione e 400 mila anni, mica male!).
Quindi, in principio, quando l’UTC misura 86400 secondi ecco che abbiamo fatto un giorno.
Però. Però.
Però la Terra non ruota esattamente in 86400 secondi attorno a se stessa. In realtà, il tempo esatto è 86400.002 secondi. Ahia! La rotazione della Terra è in qualche modo rallentata da qualcosa (ora vedremo cosa) e quindi l’UTC misura un giorno più corto.
La differenza di 2 millisecondi può essere dovuta a diversi fattori: in primis, variazioni atmosferiche, cioè le correnti d’aria, ma poi anche attività geologiche come vulcani e terremoti o anche fenomeni nelle parti più interne del nostro pianeta. Tutti questi fenomeni rallentano la rotazione della Terra. In pratica dovete vederla nel seguente modo: la Terra girerebbe tranquillamente in 86400 secondi, senza alcun ritardo, ma poi si trova sempre degli impicci da trattare in qualche maniera al suo interno o nell’atmosfera e questo la rallenta un pochino.
E dunque?
Allora entrano in gioco i quasar! Come scusa? I quasar? E cosa c’entrano con gli orologi?
(Quantizzando è un blog di astrofisica, dovevate aspettarvela qualche roba extra-galattica ad un certo punto…)
Ecco, vedete, i quasar sono delle galassie che hanno al loro centro un buco nero super-massivo e di cui abbiamo già parlato altrove su questo blog. La cosa interessante, tuttavia, è che i quasar sono per la maggior parte molto distanti: questo vuol dire che, visti da Terra, il loro moto apparente nel cielo è talmente irrisorio da poterli considerare praticamente fermi (ma non lo sono eh, ricordatevelo!).
[NOTA: per saperne di più sui quasar consiglio questo vecchio post di Quantizzando]
Dunque cosa si fa? I quasar, oltre alla luce visibile e altro, emettono anche radiazione elettromagnetica nelle onde radio. Dunque, per studiare i quasar si utilizzano radio telescopi. Per sfruttare la potenzialità di più radio telescopi messi insieme  si può ricorrere ad una tecnica chiamata interferometria che, detto in quattro parole, consiste nel combinare i segnali provenienti da più radio telescopi allo scopo di aumentare la risoluzione del segnale.
Ora, se uno ha per caso due radio telescopi in due località differenti, allora, per una questione puramente geometrica, il segnale arriverà sfasato, cioè prima in un posto e poi in un altro. Tipo, insomma, una roba come nella prossima immagine:
Quindi, magari oggi osserviamo il quasar e troviamo che tra i due radio telescopi c’è un ritardo di un certo tempo nella ricezione del segnale. Poi, però, magari un altro giorno facciamo la stessa cosa e notiamo che il ritardo nella ricezione del segnale è differente. Cosa è successo? Abbiamo già detto che tale cambiamento non può essere dovuto allo spostamento del quasar nel cielo. Dunque si tratterà di qualcosa dovuto allo spostamento dei radio telescopi l’uno verso l’altro (per esempio causato dallo spostamento dei continenti).
Tramite queste differenze nei ritardi misurati in diversi giorni dell’anno si possono ottenere precise informazioni sulla durata di una rotazione della Terra rispetto ai lontanissimi quasar e il collegamento con i ritardi dell’UTC dovuti all’attività geologica e atmosferica della Terra.
Per la cronaca, la durata del giorno calcolata usando i quasar e l’interferometria al posto del Sole viene chiamata Tempo Universale 1, UT1.
Dunque l’UTC misura il giorno solare (medio) mentre l’UT1 misura il giorno del quasar (sembra quasi il titolo di un film!).
L’idea di base è tenere la differenza tra UTC e UT1 sempre al di sotto di un secondo. Ovviamente, con il passare del tempo, i ritardi giornalieri di 2 millisecondi, di cui parlavamo all’inizio di questo post, si accumulano e diventa necessario fare una qualche correzione. E, naturalmente, la correzione verrà fatta all’UTC (andate voi a spostare il quasar, sennò!).
Tale correzione si chiama leap second (secondo intercalare, in italiano). In pratica, durante un certo giorno dell’anno, viene aggiunto un secondo!
Queste correzioni vengono fatte dal 1972, ma non necessariamente ogni anno. Solitamente, quando vengono fatte, il secondo viene aggiunto il 30 giugno o il 31 dicembre (immagino causando varie complicate vicissitudini durante i festeggiamenti per Capodanno!).
Il punto è che, siccome le differenze tra UTC e UT1 non sono dovute all’instabilità dell’atomo di Cesio bensì all’implacabile attività geologica e atmosferica del nostro pianeta, non si può prevedere quando e se ci sarà bisogno in futuro di un nuovo secondo aggiuntivo.
Inoltre, come potete comprendere, questa storia del secondo aggiuntivo è una grossa rottura di scatole (soprattutto per i computer) e quindi più di qualcuno vorrebbe abolirla (vedi qui, per esempio).
D’altronde, come avrete già compreso, il secondo aggiuntivo non è una cattiveria degli scienziati: l’obiettivo è, alla fine, cercare di tenersi stretto il legame tra la durata di 24 ore di un giorno, la rotazione della Terra e l’uso del Sole per scandire i nostri ritmi.
Per concludere: come funziona l’aggiunta di un secondo? Ecco, non so come dirvelo quindi ve lo faccio vedere. Così:
Praticamente, dopo le 23:59:59 non abbiamo subito le 00:00:00 del giorno successivo ma avremo ciò che è indicato in figura, ovvero le 23:59:60. Ovvero un minuto di 61 secondi!
Come già anticipato dall’immagine precedente, questa aggiunta verrà fatta, la prossima volta, proprio martedì 30 giugno 2015.
E il buon Eddard Stark è subito pronto ad avvisarci:
Ciò vuol dire che se martedì prossimo vi sembrerà un giorno più lungo del solito, non sarà una sensazione strana ma solo la pura verità!

Cosa fa chi lavora nella ricerca scientifica?

Visto che me lo chiedono tutti, ho pensato e rimuginato tanto su questa domanda e, alla fine, ho deciso di scrivere un post.
La domanda di cui parlo è la seguente: “Ma, precisamente, cosa fa un ricercatore/una ricercatrice?”
Si tratta di una bella domanda e, probabilmente, io non sono nemmeno la persona più indicata a rispondere dato che, per ora, sono solo uno studente di dottorato.
Tuttavia, avendo sporcato un poco gli stivali nel pantano della ricerca, credo di poter perlomeno provare a dare una parvenza di risposta a questa così fondamentale domanda.

Un ricercatore scientifico fa le stesse cose che fa un cantante o un musicista.
Ecco, più o meno. Vediamo perché.


Un cantante (o musicista) lavora tutti i giorni pensando ad una melodia, a dei versi nuovi, originali, qualcosa che nessuno ancora ha fatto. Ovviamente non si parte da zero. Infatti, contestualmente al momento storico in cui un cantante/musicista vive, ci sarà sicuramente un ritmo, un insieme di suoni che vanno per la maggiore e che riscuotono più successo di altri. Inoltre, tali ritmi e suoni sono il risultato di anni e anni di evoluzione della scena musicale, basata su esperimenti sonori e canori che hanno avuto più o meno successo tra il pubblico.

Quando un cantante/musicista è pronto, cioè ha prodotto una serie di melodie/canzoni originali, ecco che le inserisce tutte in un disco e offre questa sua produzione alla sua casa discografica che decide come e quando mettere il disco in vendita.
A seconda, poi, di quanti dischi vende, un cantante/musicista riesce a scalare le classifiche e magari riesce, grazie alla sua fama figlia di un prodotto di successo e di qualità, ad ottenere nuovi contratti discografici in cui non potrà certo adagiarsi sugli allori, ma dovrà continuare a fare quello che gli ha permesso di ottenere il contratto: continuare a produrre belle canzoni e musiche. Inoltre, un cantante/musicista va un po’ in giro in varie località a fare concerti, cercando di presentare il suo lavoro dal vivo.

Ecco, un ricercatore fa esattamente le stesse cose: cerca di lavorare ad un progetto originale che permetta di far progredire la conoscenza scientifica e, per farlo, scrive uno o (si spera!) più articoli scientifici che (dopo un processo di revisione gestito da suoi colleghi) vengono pubblicati su prestigiose riviste internazionali per rendere pubblici i risultati della sua ricerca.
A seconda dell’impatto di queste sue ricerche, cioè a seconda della qualità del lavoro e di quante volte gli altri colleghi citano il lavoro, un ricercatore ottiene via via nuovi contratti lavorativi durante i quali dovrà continuare sulla stessa strada: produrre buona scienza in nuovi articoli scientifici. Anche un ricercatore, poi, va un po’ in giro in varie località. Stavolta però non si tratta di concerti, bensì di conferenze dove un ricercatore va a presentare il suo lavoro ai colleghi e a farsi conoscere di persona per, magari, dar vita a collaborazioni (anche i cantanti a volte fanno dischi in collaborazione!).

Quindi, insomma, i ricercatori non sono altro che delle rockstar!
Dite che esagero? Non lo so, ma forse il personaggio nella seguente foto sarà d’accordo con me!

Dr. Brian May

Lo avete riconosciuto? Si tratta di Brian May, chitarrista dei Queen e, dal 2008, dottore in astrofisica (cioè ha ottenuto un Ph.D. in astrofisica) e ricercatore presso l’Imperial College di Londra. Andate sulla sua pagina sul sito dell’Imperial College di Londra (cliccate qui) e non ve ne pentirete, ve lo assicuro!

Dunque, a parte tutto, quello che volevo dirvi con questo post è che un ricercatore, sostanzialmente, fa ricerca. Ciò significa non solo cercare di capire come funziona la natura dal punto di vista scientifico ma anche…cercare lavoro! Infatti, è forse questa la migliore analogia tra ricercatori e cantanti/musicisti: non importa quanti articoli scientifici/canzoni hai fatto finora, ne dovrai fare ancora se vorrai ottenere un contratto accademico/discografico. Ma, del resto, questo lo avevo già anticipato (e, in una certa misura, criticato) in un vecchio post di Quantizzando. Vabbè.

Comunque, cercando di non pensare alle cose difficili della vita di un ricercatore e guardando sempre il lato positivo della faccenda, ora potete sbizzarrirvi con le similitudini: un ricercatore è come un artista, un cantante è come uno scienziato, eccetera eccetera.

Personalmente io direi così: la scienza è come musica per le mie orecchie!

Ascoltare la propria voce

“Ma sono davvero io? Sul serio, quella è la mia voce?”

Quante volte avete sentito o detto questa frase durante la visione di un video che vi vedeva protagonisti? Scommetto ogni volta. E continuiamo tutti a farlo, sempre sorpresi che la voce che ascoltiamo ogni giorno mentre parliamo sia diversa da quella che viene fuori dal video registrato.
Innanzitutto, mettiamo in chiaro questa cosa: questo fenomeno vale per tutti.
C’è della fisica dietro, non è il vostro computer o televisore che è rotto!

Ma perché accade tutto ciò? Perché ci sembra di avere una voce diversa che quasi siamo pronti a giurare che i servizi segreti hanno truccato il video pur di farci apparire ridicoli?

Dunque, vediamo.
Quando ascoltiamo la voce delle altre persone, il suono si propaga nell’aria creando, appunto, le onde sonore che arrivano al nostro orecchio. I suoni entrano nel padiglione auricolare, arrivano nel canale uditivo, quindi al timpano che vibra a seconda del suono ricevuto e fa muovere tre piccoli ossicini (martello, incudine e staffa) che trasmettono i suoni all’orecchio interno dove c’è una struttura chiamata coclea che invia tutto al cervello tramite impulsi nervosi.

Quando invece ascoltiamo la nostra voce abbiamo non solo le onde sonore che si propagano dalla nostra bocca alle nostre orecchie; inoltre, abbiamo anche che il suono viene propagato internamente dalle ossa e dai tessuti della nostra testa, come in una specie di grossa cassa. E questi suoni finiscono anch’essi all’orecchio interno.

Questa combinazione dei nostri suoni “esterni” (cioè che proviene dalla bocca attraverso l’aria) e di quelli “interni” è il motivo per cui la nostra voce ci appare diversa. Semplicemente, quando ascoltiamo la nostra voce registrata su un video non ascoltiamo le onde sonore che si propagano all’interno della nostra testa, ma solo quelle che vanno dalla bocca all’orecchio tramite l’aria. Per questo i parenti e gli amici rispondono sempre alle nostre lamentele con: “Ma che dici? Quella è la tua voce!” (Per inciso, stiamo parlando degli stessi che si lamentano della propria voce registrata, eh).

Perciò, d’ora in avanti, quando sentirete una persona lamentarsi perché sembra avere una voce diversa in un video che sta guardando, ora potrete spiegarle il motivo con tutta serenità.

Frank Sinatra, The Voice.

Per finire, mentre scrivevo questo post mi sono reso conto che anche il grandissimo Frank Sinatra ha dovuto affrontare tutto ciò: cioè quando lui cantava non poteva sentire la voce che ascoltava il pubblico!

Va bene, lo ammetto. Questa cosa mi ha un attimo lasciato spiazzato. Ma soprattutto mi ha fatto capire la gravità delle lamentele di mia nonna, ogni volta che le mostro un video in cui lei è presente.