venerdì 15 ottobre 2010

Bicicletta solare. In viaggio dalla Francia al Giappone.

Se si vive in Europa il miglior modo per andare in Giappone è prendersi l'aereo. Il ciclista francese Florain Bailly invece ha optato per un mezzo di trasporto "alternativo": una bicicletta ad energia solare.

In questo suo epico viaggio è passato in Italia, Slovenia, Croazia, Serbia, Romania, Ukraina, Russia, Kazakhstan, Kyrgyzstan, Cina e finalmente... è arrivato in Giappone  (10000 km in totale) e tutto questo sul sellino di questa stupenda bicicletta (un prototipo costato 8000 euro), dotata di un pannello solare che alimenta il suo motore elettrico.


In questo filmato possiamo vedere la bicicletta solare "in azione" mentre Bailly attraversa il territorio tra la Russia e l'Ukraina.


Buona visione.

Ukraine-Russie : des champs et des steppes
Caricato da Route-du-Soleil-Levant. - Altri video di sport

Orologio astronomico di Praga. L’anniversario per i 600 anni (davvero spettacolare).

 

Questo filmato mostra lo spettacolo multimediale che è stato allestito per i 600 anni del famoso orologio astronomico di Praga. Si tratta di uno spettacolo davvero molto suggestivo; guardatelo con attenzione:

The 600 Years from the macula on Vimeo.

Visto fino in fondo? Incredibile vero? Bisogna pensare che non è altro che una proiezione sulla torre stessa, ma l’effetto è così realistico che sembra che all’orologio di Praga ne stiano succedendo veramente di tutti i colori.

giovedì 14 ottobre 2010

Ho visto la cometa 103/P Hartley 2

 

Ieri sera, 13 ottobre 2010, verso le ore 22:30 sono riuscito a scorgere la cometa 103/P Hartley 2. Contrariamente a ciò che era stato previsto (ne avevo anche scritto in questo post) questa cometa non è risultata un oggetto particolarmente vistoso. Il suo aspetto molto diffuso, senza un netto nucleo centrale, ha fatto sì che fosse una cometa facile da vedere solo sotto cieli estremamente limpidi e bui, lontani dai centri abitati e possibilmente ad alta quota (almeno oltre i 1500 metri). Io sono riuscito a vederla da Pedara (CT), ma con discreta difficoltà.

Con il mio telescopio Newton 150 mm (focale 1000 mm) a 33x appariva come una macchia luminosa diffusa, del diametro di 10’ (probabilmente era visibile solo il nucleo), meglio visibile con la visione distolta. Con il binocolo 20x80 e con il 12x50 non si riusciva a vedere. La cometa inoltre si confonde con il ricco campo stellare della costellazione di Perseo e questo rende l’osservazione ancora più difficile.

Non ho potuto fare un disegno ma vi propongo una bella foto, realizzata dall’italiano Paolo Candy l’8 ottobre 2010 quando la Hartley 2 è passata nelle vicinanze dello spettacolare “doppio ammasso di Perseo”. La cometa è visibile in basso a sinistra.

cometa Hartley 2

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Fasce di Van Allen

 

In natura vi sono alcuni interessanti esempi relativi al moto di particelle cariche in campo magnetico. Il primo è fornito dalla radiazione cosmica allorché interagisce con i campi magnetici interplanetari (principalmente con quello solare) e con quello terrestre. Per mezzo di opportuni rivelatori posti sulla Terra, su missili e su satelliti artificiali lanciati nello spazio, si possono effettuare importanti ricerche sulla natura, l'origine e la distribuzione della radiazione cosmica.
Uno dei problemi particolarmente studiati è il cosiddetto effetto di latitudine, cioè la variazione del numero di particelle che arrivano sul nostro pianeta in relazione alla distribuzione dei campi magnetici sopra menzionati.
Un altro esempio è dato dalle fasce di Van Allen, dal nome del direttore di un gruppo di ricercatori dell'Università dello Iowa.
Essi sistemarono un rivelatore (contatore Geiger) di particelle, che conta il numero di particelle che giungono in un tempo unitario, sul primo satellite americano messo in orbita il 31 gennaio 1958, l'Explorer I.
Il contatore Geiger funzionò regolarmente alle basse quote, ma sopra i 2000 km non registrò più nulla, tanto che in un primo momento i ricercatori pensarono a un guasto dell'apparecchio. Dopo alcuni studi però gli stessi ricercatori giunsero alla conclusione che il contatore in realtà era stato bloccato da una radiazione molto intensa.
Le regioni dello spazio che contengono l'elevato numero di particelle cariche sono quelle zone in cui protoni ed elettroni sono intrappolati nel campo magnetico terrestre, muovendosi a spirale nella direzione del campo magnetico, approssimativamente da Nord a Sud e viceversa.

fasce di Van Allen
Rappresentazione di alcune particelle cariche intrappolate nel campo magnetico terrestre, le più veloci su linee di forza interne e le più lente su linee di forza esterne.

Le particelle di media velocità sono catturate lungo linee di forza più esterne e penetrano nell'atmosfera terrestre alle alte latitudini, mentre le particelle più veloci sono intrappolate lungo linee di forza più interne e quindi si avvicinano alla Terra a latitudini inferiori.
Queste regioni in cui le particelle cariche sono intrappolate nel campo magnetico terrestre sono chiamate fasce di Van Allen.

fasce di Van Allen
Fasce di Van Allen. Le linee rappresentate sono la sezione piana di superfici che delimitano regioni dello spazio intorno alla Terra, ove sono intrappolate particelle cariche. I numeri indicati sono gli impulsi registrati in ogni secondo dai contatori che rivelano l'esistenza di tali particelle. Si distinguono due zone a forma di ciambella, una più interna e l'altra più esterna, in cui la densità di particelle è particolarmente alta.

Fra queste si distinguono due zone ad elevata intensità di particelle e aventi la forma di ciambella, una interna costituita da protoni di alta energia e un'altra più esterna formata da elettroni di minore energia.
La fascia interna dista dalla Terra circa 1,5 raggi terrestri, mentre quella esterna si trova a circa 3,5 raggi terrestri.
Le curve rappresentate in figura sono le intersezioni piane delle superfici su cui la densità di particelle è costante e i numeri indicati sono le frequenze di conteggio dei contatori, cioè il numero di particelle registrate in ogni secondo.
Non si conosce esattamente la provenienza delle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen, comunque sembra certo che almeno in parte provengano dal Sole; la densità delle fasce infatti è collegata con l'attività del Sole.
Le particelle della fascia esterna pare che derivino direttamente dalla radiazione solare, mentre quelle della fascia interna si generano in seguito al decadimento naturale dei neutroni prodotti dalle interazioni tra i protoni della radiazione solare e i nuclei dei gas dell'atmosfera; i neutroni, infatti, si trasformano spontaneamente in protoni ed elettroni (oltre a un neutrino, particella priva di massa e di carica che non è soggetta all'azione del campo magnetico).
Per concludere, occorre ricordare che questi campi di ricerca sono attualmente in piena fase di sviluppo e innumerevoli problemi rimangono ancora aperti.

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martedì 12 ottobre 2010

Il crollo di Wall Street

 

Alla vigilia degli anni ‘20 gli Stati Uniti sono ancora una nazione di fattorie e piccole città. I soldati di ritorno dalla Prima Guerra Mondiale trovano il Paese immutato. Gran parte degli americani non hanno una vasca da bagno. Il telefono e l’elettricità sono un lusso, pensione e cassa integrazione sono una chimera. Nel 1921 il repubblicano Warren Harding viene eletto Presidente degli Stati Uniti a pieni voti e promette meno governo negli affari, più affari nel governo. Si dice che Harding ha l’intelligenza di un rispettabile agricoltore e l’immaginazione di un Massone. Harding riduce le tasse, abolisce i controlli durante la guerra e limita l’immigrazione. L’economia sta fiorendo; nell’est si diffondono le automobili, l’acciaio e il petrolio. Nell’ovest sbocciano l’agricoltura e l’industria cinematografica. Un illuminato filosofo francese, Émile Coué, insegna all’America a dire: “giorno dopo giorno, in qualche modo, va sempre meglio”.

Nessuno si aspettava che qualcosa potesse andare storto…

In questo bellissimo documentario di History Channel si descrive il crash di Wall Street del 1929, avvenuto in 2 giornate distinte. E’ un vero e proprio affresco sull'America degli anni '20, sui suoi sogni e sulle sue debolezze. In particolare sono evidenti le analogie e le somiglianze con l'attuale situazione economica globale, figlia di un esasperato ricorso all'indebitamento, alla massiva creazione di moneta, all'insano utilizzo di strumenti derivati. Nell'ultimo video di questa playlist (formata da 7 filmati) possiamo ascoltare un consiglio magistrale da seguire in qualunque operazione finanziaria.

Il ciclo di Krebs

 

Questo filmato spiega il ciclo di Krebs che è un ciclo metabolico fondamentale nella respirazione cellulare. Il video è in inglese (perché, come al solito, non sono riuscito a trovarne uno decente in italiano) ed è più adatto a chi conosce già il ciclo di Krebs e intende semplicemente averne uno schema semplificato. Il video dura più di 17 minuti e le fasi del ciclo di Krebs sono illustrate attraverso una particolare grafica, secondo me molto piacevole.

Buona visione.

Il ciclo di Krebs

lunedì 11 ottobre 2010

Principio di indeterminazione

 

In questo post mi propongo di spiegare il principio di indeterminazione di Heisenberg, le cui conseguenze hanno profondamente modificato sia alcune convinzioni sulla natura dei fenomeni e sul significato stesso delle leggi fisiche utilizzate per interpretarli, sia il ruolo dell'osservatore nella teoria della misura.

 

Conoscere significa misurare, misurare significa perturbare

Ogni grandezza fisica deve essere sempre suscettibile di una definizione operativa, nel senso che deve essere sempre possibile, mediante un'osservazione o un'esperienza, misurare la grandezza considerata.

Nella fisica classica si era sempre supposto che, entro i limiti degli errori, la misura di una grandezza poteva essere eseguita con precisione sempre più rigorosa, a condizione di utilizzare un dispositivo sempre più qualificato e una tecnica sempre più razionale.

In realtà ciò non è esatto: misurare significa sempre perturbare il sistema e quindi anche le grandezze che lo caratterizzano.

Supponiamo, per esempio, di voler stabilire la posizione di un oggetto in movimento. Per far ciò dobbiamo osservarlo. Per vederlo o per individuarne l'esistenza dobbiamo fare arrivare sul corpo un fascio di luce o qualche opportuna e adatta radiazione.

Esiste dunque fra l'oggetto e lo strumento di misura uno stato correlato che si estrinseca in uno scambio energetico, in generale in un'interazione, che tende a modificare qualche grandezza cinematica dell'oggetto. Da ciò discende in modo inequivocabile che "conoscere" significa "misurare" e "misurare" significa "perturbare".

Logicamente, l'andamento del processo perturbativo dipende, oltre che dai metodi di osservazione, anche e soprattutto dal tipo di sistema che si vuole studiare. Per esempio, facendo arrivare un fascetto luminoso su una palla da biliardo in movimento possiamo osservare e quindi studiare il suo moto, senza che le grandezze impulso, energia, ecc., associate al pennello di luce, influenzino il moto della palla: sono infatti trascurabili rispetto ai valori delle entità fisiche che caratterizzano l'oggetto.

Ripetendo invece la stessa esperienza con un elettrone che si muove in un tubo a vuoto, per le ridotte dimensioni del corpuscolo, alcune grandezze geometrico-cinematiche della particella verranno così perturbate che i mutamenti introdotti non potranno più essere trascurati. L'agente usato nella misura (concettualmente almeno un fotone) è ora altrettanto grande quanto l'oggetto che misuriamo, né possiamo concepire, per effettuare la misura, un mezzo che sia più piccolo del fotone. In altre parole, non si può definire un elettrone indipendentemente dal dispositivo utilizzato per dimostrare l'esistenza stessa della particella.

Partendo da queste premesse, Heisenberg stabilì un principio la cui portata può essere paragonata a quella indotta dai principi della meccanica classica.

 

Relazione di Heisenberg

La relazione di indeterminazione di Heisenberg sancisce l'impossibilità di valutare in modo rigoroso e senza alcun limite quelle grandezze la cui determinazione simultanea si rende necessaria per una descrizione meccanicistica del sistema.

Anche con metodi di misura perfezionati all'infinito, la determinazione simultanea di due grandezze coniugate fra loro, come, per esempio, la posizione di una particella e la quantità di moto, la sua energia e l'intervallo di tempo in cui la prima è determinata, sono sempre stabilite con una certa indeterminazione.

Come è stato mostrato da Heisenberg, ogni qualvolta vogliamo determinare, mediante una osservazione contemporanea, la posizione e l'impulso di un corpuscolo, le rispettive incertezze e delle due grandezze sono legate dalla relazione:


    (1)

Un'altra forma del principio di indeterminazione, sempre insita nella natura fisica delle particelle, è la seguente:


    (2)


dove E è l'energia e l'intervallo di tempo in cui la E viene determinata.

È bene subito precisare che le relazioni d'indeterminazione (1) e (2) rappresentano delle medie statistiche i cui valori derivano da un elevato numero di misure delle grandezze coniugate. L'indeterminazione è, infatti, significativa solo se le misure vengono ripetute più volte.

Riprendiamo l’esempio dello studio del moto di un elettrone. Per poter definire lo stato della particella in un dato istante, dobbiamo determinare simultaneamente la posizione e l'impulso, per esempio, come abbiamo già detto, facendo arrivare sulla particella una radiazione di lunghezza d'onda almeno paragonabile con le dimensioni atomiche.

Utilizzando una radiazione di piccola lunghezza d'onda, cioè con elevata frequenza, possiamo determinare in modo sufficientemente rigoroso la posizione x (consideriamo una sola coordinata dell'elettrone).

Nello stesso tempo, però, la radiazione incidente, interagendo per effetto Compton con l'elettrone, fa variare in modo imprevedibile la velocità e quindi l'impulso p, così che la relativa indeterminazione risulta tanto più forte quanto più esatta è la misura della posizione.

Per evitare o ridurre l'effetto Compton, cioè allo scopo di rendere minima la perturbazione sul moto dell'elettrone, possiamo utilizzare una radiazione di piccola frequenza. Però, essendo in tali condizioni la lunghezza d'onda molto grande, a causa degli inevitabili e marcati fenomeni di diffrazione, non possiamo più rilevare con esattezza la posizione della particella.

Conseguentemente, se si vuole rendere piccolo , necessariamente aumenta e viceversa, sicché, quanto più si cerca di migliorare la precisione di una delle due grandezze coniugate. tanto più aumenta l'imprecisione sull'altra.

Per le formule precedenti il prodotto delle due indeterminazioni non può mai essere minore della costante h di Planck. Al limite, se potessimo conoscere con precisione l'impulso di una particella, essendo avremmo , senza perciò alcuna possibilità di conoscere la posizione.

C'è ovviamente da domandarsi come mai con tutte le innumerevoli esperienze effettuate nella meccanica classica non si è mai evidenziata una indeterminazione del genere?

La risposta è direttamente connessa con la presenza della costante di Planck e con le dimensioni relative dei fenomeni e degli oggetti che si considerano.

Per la profonda coerenza della teoria quantistica, le relazioni di Heisenberg sono valide per ogni fenomeno che avviene in natura e quindi anche nel moto di un oggetto macroscopico. Solo che in questo caso il margine di incertezza, in relazione con il valore della costante h, è così piccolo che appare trascurabile di fronte quello che deriva dagli errori sperimentali delle misure.

Così, per esempio, nell'ipotesi di poter misurare l'impulso di una palla da tennis di massa 600 g e velocità 10 m/s con un errore relativo , il principio di indeterminazione nella forma espressa dalla (1) porta una indeterminazione della posizione dell'ordine di 10-31 m, valore del tutto trascurabile rispetto all'errore di misura.

Si deduce che non è facile, o meglio è quasi impossibile, evidenziare qualche effetto quantistico analizzando direttamente un fenomeno macroscopico.

In base alle considerazioni insite nella meccanica quantistica, una particella si trova "contemporaneamente" in ogni punto dell'onda a essa associata, la particella cioè è distribuita con differente probabilità in tutto lo spazio in cui l'onda è presente.

Per quanto riguarda la velocità, una particella in moto possiede una ben determinata velocità solo quando si effettua una sua misura, poiché prima essa è "contemporaneamente" caratterizzata da un insieme di velocità, ognuna delle quali con una propria probabilità di essere osservata.

Questo nuovo aspetto non solo segna la fine dell'ambizioso sogno del determinismo laplaciano, ma anche la fine dell'oggettività classica. L'apparato logico matematico del principio di Heisenberg è una diretta conseguenza dell'ambiguo dualismo onda-corpuscolo che affligge soprattutto gli oggetti del mondo microscopico.

In fondo, più che una legge epistemologica, l'indeterminazione è insita nella natura delle cose.

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Space X Starship: il nuovo tentativo di lancio del 18 novembre 2023.

Vediamo un frammento della diretta del lancio dello Starship del 18 noembre 2023. Il Booster 9, il primo stadio del razzo, esplode poco dopo...