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martedì 8 marzo 2011

Generalizzando il teorema di Noether

L'anno scorso abbiamo visto il teorema di Noether, un importante strumento matematico che garantisce l'esistenza, in fisica, di quantità che si conservano (e quindi di principi di conservazione). Jacky Cresson e Isabelle Greff, due ricercatori francesi, stanno lavorando da anni a una generalizzazione del teorema(1), che hanno raggiunto su un articolo pubblicato sul Journal of Mathematical Physics (A non-differentiable Noether's theorem).
Giusto per introdurre al meglio l'argomento, ricordo cosa sia una lagrangiana e cosa le equazioni differenziali parziali.
Una lagrangiana è un'equazione che rappresenta il sistema fisico che si sta studiando. Eseguendo una serie di calcoli e di derivate sull'equazione, è possibile ricavare le così dette equazioni del moto, ovvero quelle equazioni che descrivono matematicamente la dinamica del sistema studiato.
Le equazioni differenziali sono, invece, delle equazioni in cui si trovano delle derivate, dove la derivata è una funzione che ci dice quanto velocemente una data funzione cambia la sua pendenza. Quando, però, siamo di fronte a funzioni che dipendono da più variabili, allora le derivate sono dette parziali, perché ogni derivata possibile che si può calcolare fornisce informazioni solo su una parte della funzione.

lunedì 28 febbraio 2011

Come scrivere un articolo divulgativo sulla scienza

Dave Munger
Dave Munger
Il blog è uno strumento potente e al tempo stesso divertente, perché dà la possibilità di alternare post leggeri, come ad esempio quelli con i video incorporati, ad altri decisamente più lunghi, ricchi di spunti e di contenuti seri. I post appartenenti a quest'ultima tipologia appartengono, secondo me, alla schiera degli articoli seri, cui siamo abituati leggendo i quotidiani.
Quando ci si propone sul web, però, si possono avere molti approcci, ma quando nello specifico si affronta l'argomento della scienza esiste, probabilmente, una strada maestra, che certo può essere percorsa in modi differenti, ma che dovrebbe essere la guida di tutti quelli che ambiscono a trattare di scienza (e in caso contrario fanno tutt'altro, certo non informazione).
E' sempre, però, molto difficile identificare questa strada, ma una buona guida può essere questo articolo di Dave Munger ospitato sul blog di Travis Saunders e Peter Janiszewski. Iniziamo, però, a raccontare un paio di parole su Dave:
Dave Munger è un blogger scientifico statunitense (Wordmunger), oltre ad essere l'ideatore di ResearchBlogging, e la persona cui Peppe, a nome degli altri blogger scientifici italiani, si è rivolta per l'apertura alla lingua italiana dell'aggregatore scientifico. Le opinioni di Dave, dunque, hanno un certo peso e, soprattutto, vanno tenute in gran considerazione, anche quando non si è completamente d'accorso con il suo ragionamento.
Nel guest post di cui sopra, comunque, Munger propone una serie di interessanti consigli per realizzare un buon post (o articolo, nella mia accezione) scientifico, centrato nel suo discorso su una ricerca (ma si potrebbe estendere anche ad argomenti più divulgativi o didattici).
Il primo consiglio è, banalmente, scrivere di una data ricerca solo quando la si reputa interessante, e questo non necessariamente lega al dover parlare di ricerca recente: è in un certo senso una definizione allargata di news, che secondo me ha più senso per la classificazione e categorizzazione dell'articolo che non per come i contenuti vadano trattati. Interpreto, infatti, questo primo consiglio come l'invito a non fossilizzarsi su ciò che di nuovo propone il mondo della ricerca.

lunedì 14 febbraio 2011

Ritratti: Fritz Zwicky

Grazie all'applicazione di un teorema della fisica classica, il teorema del viriale, all'ammasso della Chioma, Fritz Zwicky ha dedotto l'esistenza di una massa non visibile all'interno delle galassie dell'universo. Quella scoperta è oggi nota come materia oscura ed è uno dei problemi insoluti della fisica moderna, la cui scoperta e studio potrebbe riconciliare in un'unica disciplina lo studio dell'infinitamente grande con quello dell'infinitamente piccolo.
Zwicky nasce a Varna, in Bulgaria, il 14 febbraio del 1898. Il padre, Fridolin, è un mercante svizzero che si trova là per affari, mentre la madre, Franziska Vrček, è cecoslovacca.
Zwicky viene rimandato in Svizzera, a Gradus dai nonni per studiare nel suo paese natio: l'idea è quella di indirizzarlo verso studi commerciali, ma ben presto iniziò ad interessarsi della scienza, in particolare di fisica e matematica. Così nel 1914 andò presso lo Swiss Federal Institute of Technology a Zurigo proprio per approfondire questi suoi interessi e dove ottenne il dottorato, nel 1922, con uno studio sui cristalli ionici. Tre anni più tardi, nel 1925, si trasferì negli Stati Uniti per lavorare al Caltech insieme con Robert Millikan, fresco di Nobel (1923).
La prima carica importante di Zwicky arrivò nel 1942, un anno dopo il divorzio dalla prima moglie, Dorothy Vernon Gates, grazie ai cui soldi fu in grado di finanziare l'Osservatorio di Palomar durante la Grande Depressione. Successivamente si sposò in Svizzera, nel 1947, con la connazionale Anna Margaritha Zurcher.
Zwicky fu il primo a introdurre il termine supernova nella letteratura astronomica e sviluppò, insieme con Walter Baade, la teoria di come le supernove siano in grado di produrre stelle di neutroni, scoperte da James Chadwick:
Con tutte le riserve avanziamo l'ipotesi che una super-nova rappresenti la transizione di una stella ordinaria in una stella di neutroni, costituita principalmente di neutroni. Una stella di tal genere può possedere un raggio molto piccolo e una densità estremamente grande. Come i neutroni sono impacchettati più strettamente dei nuclei ordinari e degli elettroni, l'energia "gravitazionale di impacchettamento" in una stella di neutroni fredda può diventare molto grande e, sotto certe condizioni, può ulteriormente eccedere la frazione di impacchettamento nucleare. Una stella di neutroni dovrebbe inoltre rappresentare la configurazione più stabile della materia.
Lo stesso articolo si conclude poi nel modo seguente:
Dai dati a pisposizione sulle supernove possiamo concludere:
  1. La massa si deve annichilire all'interno dell'ammasso. Con ciò intendiamo che un insieme di atomi la cui massa totale è $M$ può perdere, sotto forma di radiazione elettromagnetica ed energia cinetica, una quantità di energia $E_T$ che probabilmente non può essere considerata per spiegare la liberazione della nota frazione di impacchettamento nucleare. Varie interpretazioni di questo risultato sono possibili e verranno successivamente pubblicate(1).
  2. L'ipotesi che la supernova emette raggi cosmici conduce a un accordo molto soddisfacente con alcune delle principali osservazioni sui raggi cosmici.
Le nostre due conclusioni sono essenzialmente indipendenti e dovrebbero forse essere giudicate separatamente, ognuna per i suoi rispettivi meriti.
(dalle conclusioni di Cosmic rays from super-novae)
Sempre con Baade, in un articolo precedente, introdusse la nozione di supernova:
Le indagini estensive di sistemi extragalattici durante gli ultimi anni hanno gettato luce sull'importante fatto che esistono due tipi ben definiti di nuove stelle o novae che possono essere distinti come novae comini e super-novae. Nessun oggetto intermedio è stato ulteriormente osservato.
(da On Super-novae)

giovedì 10 febbraio 2011

L'importanza di Wikipedia nella salute pubblica

Uno degli strumenti più importanti sviluppati su Wikipedia è sicuramente quello dei Progetti: gruppi di utenti interessati a un dato argomento o con delle conoscenze più o meno importanti, si riuniscono intorno a un progetto che ha come obiettivo comune quello di scrivere e revisionare le voci di quel determinato argomento.
Questi progetti sono stati, l'ho scritto e continuerò a scriverlo, la migliore risposta alle critiche sulla qualità dei contenuti. In particolare il Progetto Medicine sulla Wiki inglese ha visto la collaborazione di un nutrito gruppo di ricercatori in questo campo, che hanno recentemente visto pubblicato un loro articolo incentrato proprio sull'esperienza del Progetto.
La prima cosa che salta agli occhi è la precisione con cui viene descritta Wikipedia: si passa da una descrizione dell'essenza stessa della Wiki al dettaglio sulle sue funzionalità, come la watchlist, i cambiamenti recenti, i bot e via discorrendo. Il primo passaggio che, però, vorrei porre alla vostra attenzione è il seguente:
Wikipedia ha attirato alcune migliaia di utenti prolifici e dedicati più un gran numero di utenti registrati (>12 milioni) e visitatori anonimi che modificano meno frequentemente. Circa lo 0,1% degli utenti contribuisce a quasi la metà del valore di Wikipedia come misurato da quanto letto [in Creating, destroying, and restoring value in Wikipedia di Priedhorsky et al.]. Comunque, tutti i contributori sono necessari a migliorare i contenuti e la qualità di un articolo.
E' proprio, come detto, per migliorare la qualità che sono stati ideati i Progetti, dei veri e propri gruppi di lavoro, che vengono splendidamente descritti dai ricercatori/wikipediani:
Gli articoli di Wikipedia sono classificati dai WikiProjects secondo definiti livelli di qualità, simili al peer review.
Dalle statistiche raccolte dai ricercatori, poi, si scopre che Wikipedia, tra gli operatori del settore salute, è una delle risorse più usate, per i più giovani è seconda solo a Google.

mercoledì 9 febbraio 2011

Il problema dei tre corpi

Bella l'animazione, vero? Ha condiviso il link scipsy su tumblr, poi rebloggato da Maurizio Epifani. E' una simulazione del sistema solare, come potete vedere anche seguendo i link, e a un occhio attento non sarà sfuggito come la macro struttura del sistema solare (un corpo centrale massiccio con altri, più piccoli, che ruotano intorno ad esso) si ripeta al suo interno per i corpi pianeti (ogni pianeta ha uno o più satelliti che vi ruotano attorno). Tutto questo viene sorretto, in prima approssimazione, dalla legge di gravitazione universale, che è già di per sé sufficiente per spiegare i moti planetari, almeno portando avanti i calcoli con metodi numerici. E' infatti abbastanza noto nell'ambiente scientifico che già il così detto problema dei tre corpi è estremamente difficile da risolvere in maniera analitica e non lo si può, in ogni caso, portare a conclusione in maniera esatta.
Nel mondo anglosassone questo problema viene associato a Leonard Euler, uno dei matematici che si occuparono della questione, e che propose il seguente potenziale in cui sono presenti due centri di gravità paragonabili, rappresentati dalle costanti $\mu_{1,2}$ che misurano la forza di ciascun corpo: \[V(x,y) = -\frac{\mu_1}{\sqrt{(x-a)^2 + y^2}} -\frac{\mu_2}{\sqrt{(x+a)^2 + y^2}}\] Questo potenziale, ovviamente, va applicato a un terzo corpo di massa $m$.
Sostituendo $x$ e $y$ con un sistema di coordinate ellittiche è possibile trovare una soluzione parametrica al problema, espressa attraverso degli integrali ellittici.

sabato 15 gennaio 2011

Wikipedia10: Sonoluminescenza

Per festeggiare i 10 anni di Wikipedia, vi propongo, leggermente rivisto (ho tolto il racconto sperimentale), uno dei miei migliori contributi alla Wiki, la voce Sonoluminescenza, che è stato per un po' anche una delle voci in vetrina.
Ovviamente i festeggiamenti non finiscono qui e sentirete ancora parlare di Wikipedia e dei suoi 10 splendidi anni. Per intanto leggete!
Per sonoluminescenza si intende un processo nel quale l'energia sonora viene trasformata in luce, generata da una bolla, posta all'interno di un fluido, colpita da un suono. Nonostante il fenomeno fosse noto sin dai primi anni Trenta del XX secolo, solo dal 1988 si iniziò a studiarlo con ricerche mirate.
La storia
La parola sonoluminescenza vuol dire luce dal suono ed è derivata dal latino sonus, suono, e dal greco lumos, luce.
Il fenomeno consiste semplicemente in una piccola bolla di gas in un fluido che collassa rapidamente e può essere classificato in due modi differenti: SonoLuminescenza a Bolle Multiple (SLBM) e SonoLuminescenza a Bolla Singola (SLBS). Nel 1933, N. Marinesco e J. J. Trillat (Action des ultrasons sur les plaques photographiques) trovarono che una lastra fotografica era stata annebbiata dall'immersione in un liquido che era stato agitato dagli ultrasuoni: venivano scoperte le SLBM. Un anno più tardi, H. Frenzel e H. Schultes, dell'Università di Colonia, riuscirono a riprodurre una luce debole ma visibile nell'acqua utilizzando gli ultrasuoni (Luminescenz im ultraschallbeschickten Wasser). I due studiosi cercarono di spiegare il fenomeno da loro osservato suggerendo che fosse un fenomeno elettrico causato dal moto delle bolle: detto questo decisero di lasciar perdere i loro studi, in quanto, in quei tempi di guerra, non erano utili alla marina.
Le SLBM sono molto difficili da studiare: emettono luce per pochi nanosecondi e sono in costante movimento; le ricerche erano pertanto limitate dagli intervalli temporali e spaziali tipici di queste nubi di bolle. Nel 1988/89 Felipe Gaitan e Lawrence Crum riuscirono a riprodurre le condizioni richieste per ottenere la sonoluminescenza da una bolla singola, SLBS, a partire dai lavori di Hugh Guthrie Flynn(1): il loro lavoro culminò nella pubblicazione di Sonoluminescence and bubble dynamics for a single, stable, cavitation bubble nel 1990.
SLBS è un fenomeno molto più facile da studiare, poiché è una bolla singola, stazionaria, ad essere intrappolata in una boccetta. Questa bolla può essere estremamente stabile e incandescente per diversi minuti, rendendo possibile studiare sia la bolla stessa, sia la luce emessa. Subito dopo la sua scoperta, Gaitan perse qualsiasi interesse nella sonoluminescenza, e la ricerca venne proseguita dal dr. Seth Putterman all'UCLA (Sonoluminescence: Sound into light). Putterman ha pubblicato diversi articoli sull'argomento e determinato molte delle caratteristiche note della SLBS. Una bolla singola è molto più brillante di un SLBM rendendo gli studi spettrali più semplici.
Il fenomeno, comunque, è ancora poco noto a causa dei molti modelli teorici proposti.

Strumentazione per la sonoluminescenza

giovedì 13 gennaio 2011

Wikipedia: rivoluzione irreversibile

Forse è un ben strano modo per festeggiare i 10 anni della Wikipedia, ma in fondo sono un wikipediano, e ne sono fiero! E questo è il modo che ho scelto di partecipare.
Jimmy Wales su Nature
Jimmy Wales, fondatore di Wikipedia, su Nature del 2005
Massimo Mantellini scrive sulla Wiki (anche su Punto-Informatico) partendo da un servizio anti-Wikipedia del Tg5 di alcune settimane fa. Nel suo articolo cita uno studio su Nature relativo proprio alla Wiki, incuriosendomi e non poco. Mi sono, così, messo a cercare ed eccolo qui, l'articolo, introdotto da un apposito editoriale: Special Report: Internet encyclopaedias go head to head di Jim Giles, che esordisce più o meno così:
Una delle storie più straordinarie dell'era di internet è quella di Wikipedia, un'enciclopedia libera online che chiunque può editare. Questa pubblicazione radicale e in rapida crescita, che include circa 4 milioni di voci(1), è ora una delle risorse più utilizzate. Però è anche controversa: se ognuno può editare le voci, in che modo gli utilizzatori sanno se Wikipedia è accurata quanto fonti note come l'Encyclopedia Britannica?
Vediamo un po' come si è svolta questa ricerca (approfondimenti in .doc): sono stati scelti alcuni revisori in vari campi scientifici (fisica, matematica, ingegneria, genetica, ...) ritenuti delle autorità nel loro campo e ciascuno ha letto alcune voci (50) sia di Wikipedia sia della Britannica. Alla fine sono rientrate nella redazione di Nature 42 revisioni e i risultati sono stati sorprendenti:
Per quel che riguarda gli errori gravi (interpretazione errata di concetti fondamentali) sono stati trovati 8 errori, 4 per enciclopedia. Sono stati, però, trovati anche molti errori minori, come omissioni o affermazioni ingannevoli: 162 per la Wiki e 123 per la Britannica.
Tom Panelas della Britannica(2) così commentava nell'articolo:
Non abbiamo nulla contro Wikipedia. Ma non è un caso che gli errori si insinuino in maniera occasionale o che un paio di articoli siano scritti poveramente. Ci sono molti articoli in quelle condizioni. Hanno bisogno di un buon editor.
Frieda Brioschi
Facce da Wiki: Frieda Brioschi
Editor che la Wiki, ad esempio quella italiana (ma non solo), ha e già aveva al tempo della ricerca, o attraverso gli amministratori, o attraverso i responsabili dei vari progetti (sono stato, per un paio di anni, punto di riferimento sia per gli articoli di fisica sia per quelli sui fumetti, giusto per fare un esempio, e con me gente come Jacopo Bertolotti): certo non erano riconosciuti come editor, però le funzioni ricoperte erano sostanzialmente le stesse. D'altra parte il lavoro di revisione di Nature sulla Wiki coincideva (o veniva appena prima del) col periodo che definisco della seconda infornata di wikipediani: l'arrivo di utenti preparati e competenti grazie a un'esperienza che loro stessi si stavano costruendo giorno per giorno fuori dalla Wiki, e d'altra parte la Wiki forniva loro anche un'utile esperienza.
In effetti è proprio il continuo mutamento e miglioramento di Wikipedia che rendeva tranquillo Jimmy Wales, e lo sarebbe stato anche con risultati ben peggiori per la sua creatura, tanto che il nostro affermava:
Gli esperti possono aiutare a scrivere le sfumature
La sua idea era (e probabilmente è ancora) che l'editing di una voce da parte di un esperto può migliorare sensibilmente una voce. Era un esplicito invito alla creazione di account da parte dei ricercatori e di chi il mondo della ricerca lo vive, nonostante il fatto che, da un breve sondaggio fatto all'interno della redazione di Nature, solo meno del 10% aveva effettivamente aiutato a migliorare alcune voci sull'enciclopedia libera.

mercoledì 12 gennaio 2011

Cesare Lombroso in Calabria


Titolo: In Calabria
Autore: Cesare Lombroso
Edizione: Rubettino
Cesare Lombroso, più noto per la sua attività di criminologo e antropologo, in effetti è stato molto più di questo. E' stato uno scienziato completo, interessato praticamente ad ogni aspetto della vita, come traspare da In Calabria, la riedizione della Rubettino di un suo vecchio trattato, che Lombroso scrisse nel 1861, alla vigilia dell'unità d'Italia, per poi pubblicare l'anno dopo, e successivamente, riveduto e corretto (anche grazie all'assistenza del medico calabrese Giuseppe Pelaggi), nel 1897.
Il trattato si struttura in 11 capitoli e spazia dalla struttura fisica della Calabria, alla storia popolare e delle sue popolazioni, con un esame anche della letteratura popolare della regione. Si passa poi ai costumi del luogo, alla sicurezza, alle malattie più diffuse e all'igiene, proponendo alla fine anche dei rimedi. E la cosa più incredibile che si legge tra le righe di Lombroso è la lamentela dell'eccessiva presenza dello stato, già allora legato a filo doppio con i potenti (imprenditori, pochi; possidenti terrieri; criminali), una lamentela che riecheggia, ad esempio, in quest'ottimo articolo di hronir, dove il nostro si spinge fino alle estreme conseguenze, quelle verso le quali Lombroso non sembra avere il coraggio di andare. D'altra parte Lombroso, per farsi carico di questa posizione, cita Ruiz e il suo Discorso nell'anno Giudiziario 1895 - Catanzaro:
Di fronte allo stato miserevole delle classi produttive, di fronte al disordine economico e morale che ne deriva, e che induce alla delinquenza, mi domando: è lecito che sia lasciato all'arbitrio dei grandi proprietarii fondiarii di far restare incolte sterminate estensioni di terreno, come si osserva a preferenza nelle Calabrie, diminuendosi così la produzione, per modo che essa riesca al di sotto dei mezzi di sussistenza occorrenti alla popolazione? Deve il diritto assoluto alla proprietà estendersi al punto da non potersi divietare ai proprietarii del suolo di mantenere latenti le ricchezze naturali, le quali sono nello stesso tempo ricchezza pubblica?
In Calabria, però, si distinguono anche due tipi distinti di criminalità, una quella tipica dei banditi (che ancora di 'ndrangheta non si parlava), l'altra quella semplice, di strada, dovuta proprio all'estrema povertà degli abitanti. E Lombroso questa violenza non la giustifica (al contrario di chi ci governava e ci governa) e lo ribadisce ancora una volta citando Ruiz:
Non è colle repressioni che si può sperare una diminuzione della criminalità, sebbene da sapienti leggi sociali, dal miglioramento economico dei lavoratori senza cui non potrà aversi il miglioramento morale (...)

venerdì 7 gennaio 2011

L'evoluzione nell'universo: galassie ellittiche


Dettaglio da Red Shift di Franz Skringer
Il redshift, o spostamento verso il rosso, è dovuto all'effetto Doppler applicato alle onde elettromagnetiche.
L'effetto Doppler lo sperimentiamo abbastanza quotidianamente, ad esempio quando la sirena dei pompieri o dell'ambulanza del pronto soccorso si avvicina: nella fase di avvicinamento il suono si fa più intenso per poi diminuire allontanandosi. Questo perché le onde sonore generate dalla sirena hanno uno spazio sempre minore (o maggiore) per giungere fino al nostro orecchio, quindi il numero di picchi che ci raggiunge nell'unità di tempo è sempre maggiore (o minore), senza che però ci sia alcun reale cambiamento nell'onda emessa. Allo stesso modo, quando un'onda elettromagnetica viene emessa da una fonte lontana, questa subisce uno spostamento verso il blu se l'origine è in avvicinamento, verso il rosso se è in allontanamento rispetto al punto di ricezione.
In particolare, essendo il nostro universo in espansione, si osserverà principalmente uno spostamento verso il rosso, un redshift. Per valutare l'effetto di tale spostamento, ci viene in aiuto la relatività speciale o ristretta(1). In particolare la frequenza $\nu$ osservata sarà legata alla frequenza emessa $\nu_0$ dalla seguente relazione: