Oxygen n°7 by Enel Spa

07 — 09.2009 La scienza per tutti

La modernità di Galilei di Enrico Bellone

Spazio per l’energia di Amedeo Balbi

L’ellisse e la luna: una storia di scienza e pregiudizi di Gennaro De Michele

Le grandi sfide dell’universo di Tommaso Maccacaro

Il gigante si sveglia: interferometria a Paranal di Francesco Paresce

Intervista al premio Nobel David Gross Grandi attese

Una tragica incomprensione reciproca

Sotto il sole di Archimede di Marco Cattaneo

Galileo nell’Inferno di Dante di Jean Marc Lévy-Leblond

Verso le nuove generazioni: l’energia nucleare oggi

di George Coyne

Lo sconosciuto

Astri e particelle, arcobaleni invisibili

di Giovanni Ricco

di Kim Stanley Robinson

di Roberto Battiston

006 Nota dell’editore 007 Editoriale 008 – 009 Passepartout

050 – 057 030 – 035

Lo sconosciuto

Le grandi sfide dell’universo

di Kim Stanley Robinson

di Tommaso Maccacaro

058 – 059 Photoreport

Guarda in alto 036 – 037 Connect the dots

Una marea di energia

010 – 015

La modernità di Galilei

Stella, stellina

060 – 065

di Enrico Bellone 016 – 019

L’ellisse e la luna: una storia di scienza e pregiudizi

038 – 043 intervista al premio Nobel David Gross

082 – 088

Astri e particelle, arcobaleni invisibili di Roberto Battiston

Il gigante si sveglia: interferometria a Paranal di Francesco Paresce

090 – 091 Traveller

Nonostante gli increduli, i cauti, i costi e gli incidenti

Grandi attese

066 – 067

di Gennaro De Michele

di Jacopo Romoli

Sotto il sole di Archimede

092 – 093 I luoghi della scienza

020 – 021 Photoreport

044 – 045

di Marco Cattaneo

Spazio per l’energia

Smithsonian: i numeri dello spazio

Guarda che luna

di Amedeo Balbi

022 – 029

046 – 049

Verso le nuove generazioni: l’energia nucleare oggi

Una tragica incomprensione reciproca

076 – 081

di Giovanni Ricco

di George Coyne

di Jean-Marc Lévy-Leblond

068 – 074 Abbecedario dell’universo

Galileo nell’Inferno di Dante

094 – 095 Oxygen versus CO2

Spazzatura spaziale 098 – 127 English version

art direction immagine di copertina Roger Ressmeyer, Rushing Past Galaxies Toward the Milky Way © Smithsonian Institution; digitally enhanced by Roger Ressmeyer/Corbis

Oxygen nasce da un’idea di Enel, per promuovere la diffusione del pensiero e del dialogo scientifico.

direttore responsabile Gianluca Comin

direttore editoriale comitato scientifico

Vittorio Bo

studiofluo Annalisa Gatto Gaetano Cassini

impaginazione ricerca iconografica

coordinamento

Giulio Ballio Roberto Cingolani Fulvio Conti Derrick De Kerckhove Niles Eldredge Paola Girdinio Piero Gnudi Helga Nowotny Telmo Pievani Francesco Profumo Carlo Rizzuto Robert Stavins Umberto Veronesi

managing editor

stampa

Michelle Nebiolo

Officine Grafiche Artistiche Grafart, Venaria (Torino)

Claudia Gandolfi

Giorgio Gianotto

Mia Adelman Enrico Casadei Davide Coero Borga Fabio Falchero Eva Filoramo Enrico Martino Gail McDowell

presidente Vittorio Bo

Martina Panarese

Enrico Alleva presidente

collaboratori

rivista trimestrale edita da Codice Edizioni

distribuzione esclusiva per l’Italia Arnoldo Mondadori editore via Bianca di Savoia 12 20122 Milano t +39 02 754 21 f +39 02 754 22 584

sede legale, direzione, pubblicità e amministrazione Oxygen c/o Codice Edizioni via Giuseppe Pomba 17 10123 Torino t +39 011 197 00 579 f +39 011 197 00 582 oxygen@codiceedizioni.it www.oxygenmag.it © Codice Edizioni. Tutti i diritti di riproduzione e traduzione degli articoli pubblicati sono riservati.

Hanno contribuito a questo numero

Amedeo Balbi

Roberto Battiston

Marco Cattaneo

Gennaro De Michele

Jean-Marc Lévy-Leblond

Francesco Paresce

Giovanni Ricco

Ricercatore del dipartimento di fisica dell’Università di Roma Tor Vergata, è membro del gruppo di cosmologia e dell’Istituto nazionale di fisica nucleare. Si occupa di cosmologia – la scienza che studia l’origine, la struttura e l’evoluzione dell’universo – interessandosi soprattutto alle sue connessioni con la fisica fondamentale e l’astrobiologia. Ha pubblicato La musica del Big Bang (Springer, 2007), con prefazione di Margherita Hack, ed è autore del blog di divulgazione scientifica Keplero (www.keplero.org).

Ordinario di fisica generale presso la facoltà di ingegneria dell’Università di Perugia, ha lavorato in svariate collaborazioni scientifiche internazionali nel campo della fisica sperimentale delle interazioni fondamentali. Attualmente si occupa di fisica fondamentale nello spazio con un esperimento per la ricerca dell’antimateria nei raggi cosmici che sarà installato nel 2010 sulla Stazione spaziale internazionale. È autore di oltre 400 lavori scientifici. Attivo nel settore della divulgazione scientifica tiene una rubrica mensile su “Le Scienze” sui temi legati alla ricerca spaziale.

Laureato in fisica, è giornalista scientifico e direttore responsabile del periodico “Le Scienze” (edizione italiana di “Scientific American” e “Mente & Cervello”. È autore di Heisenberg e la rivoluzione quantistica (Le Scienze, 2000), ma anche di tre volumi sul patrimonio mondiale dell’Unesco (I tesori dell’arte, 2002; I santuari della natura, 2003; Antiche civiltà, 2004), di Le città del mondo e di I tesori dell’umanità (2005), tutti con Jasmina Trifoni ed editi da White Star.

Ingegnere chimico, è responsabile delle Politiche di ricerca e sviluppo di Enel Ingegneria e Innovazione. È membro dei comitati scientifici del Clean Coal Science Group dell’IEA (International Energy Agency), della IFRF (International Research Flame Foundation) e del MITEI (MIT Energy Initiative). Autore di oltre 200 pubblicazioni e di 10 brevetti, ha ricevuto vari riconoscimenti tra cui il Premio Philip Morris per la ricerca scientifica e tecnologica, il Premio Industria e Ambiente dal Ministero dell’industria e il Premio Io vivo sostenibile, assegnatogli da Lega Ambiente e recentemente il Premio Sapio per la ricerca italiana.

Professore di fisica e filosofia presso l’Università di Nizza, dirige la rivista pluridisciplinare “Alliage”. Da sempre è impegnato a favore di una divulgazione scientifica di largo respiro e al contempo rigorosa e non banale. Dei suoi numerosi saggi, in Italia è stato pubblicato La pietra di paragone (Cuen, 1998).

Astrofisico associato all’Inaf, svolge le sue ricerche presso l’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica a Bologna. È anche consulente dell’Esa per il progetto congiunto Esa/Nasa per il Hubble space telescope. Attualmente si occupa in particolare della formazione stellare in ammassi giovani nelle nubi di Magellano, ma in passato ha lavorato per la Nasa su varie missioni, per l’Esa come responsabile scientifico della Faint object camera e per il European southern observatory come responsabile scientifico del Very large telescope interferometer. Oltre a più di 180 articoli scientifici, ha pubblicato il libro Tra razzi e telescopi (Di Renzo Editore, 2005).

Professore di fisica nucleare e subnucleare dell’Università di Genova, è stato vicepresidente dell’Infn dal 2001 al 2006 e responsabile di vari esperimenti di fisica nucleare in Italia e negli Stati Uniti, al Jefferson Lab di Newport in Virginia. È attualmente coordinatore del progetto Infn-Energia.

Enrico Bellone Storico della scienza, è stato il primo docente a essere chiamato nel 1994, per chiara fama, a occupare la “cattedra galileiana” dell’Università di Padova. Nel 2008 ha ricevuto il premio Preti insieme a George Lakoff dell’Università di Berkeley.

George Coyne Astronomo e gesuita, è stato il direttore della Specola Vaticana dal 1978 fino al 2006 – promuovendo molte iniziative educative e di ricerca – ed è tuttora a capo del gruppo di ricercatori dell'osservatorio attivi presso l'Università dell'Arizona a Tucson. È membro della International astronomical union, della American astronomical society, della Astronomical society of the Pacific, della American physical society e della Optical society of America.

David Gross Dopo aver ricevuto la MacArthur Foundation Fellowship nel 1987 e la Medaglia Dirac nel 1988, ha vinto il premio Nobel per la fisica nel 2004 insieme a Frank Wilczek e David Politzer per la scoperta della libertà asintotica. Attualmente è direttore del Kavli Institute for Theoretical Physics dell’Universitù della California, dove è anche titolare della cattedra “Frederick W. Gluck” in fisica teorica.

Tommaso Maccacaro Inizia l’attività di ricerca in Inghilterra e nel 1979 si trasferisce negli Stati Uniti dove conosce e collabora con Riccardo Giacconi. Rientra in Italia nel 1989 e dal 1991 è astronomo ordinario all’Osservatorio astronomico di Brera di cui diventa direttore nel 2005. È presidente dell’Astronomy working group e membro dello Space science advisory committee dell’Esa. Ha pubblicato oltre 250 lavori su riviste internazionali ed è da anni nella lista dei ricercatori più citati per le scienze spaziali. È tra i fondatori del Gruppo 2003, un gruppo multidisciplinare di scienziati che si battono per il rilancio della ricerca scientifica in Italia. Attualmente è presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica.

Kim Stanley Robinson Scrittore di fantascienza californiano, ha visto tradurre i suoi libri (15 romanzi e quattro raccolte di racconti dal 1984 a oggi) in ben 23 lingue. È noto a livello internazionale soprattutto per la sua trilogia di Marte (Red Mars, Green Mars, Blue Mars). Vincitore dei premi Hugo e Nebula per la fantascienza, è stato inviato dalla U.S. National science foundation in Antartide per le ricerche in preparazione del suo romanzo Antarctica.

Nota dell’editore

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A 400 anni dalle sue prime grandi e rivoluzionarie scoperte, la storia umana e scientifica di Galileo Galilei è sicuramente una delle narrazioni portanti della cultura occidentale. Il rapporto fra la forza della ragione dell’uomo e il potere, oltre che l’anelito e la capacità della scienza di giungere alla verità, vi sono fortemente rappresentate. Le radicali idee di Galileo non furono solo mirate alla struttura del reale osservato, ma soprattutto alla sua modalità di indagine, e successivamente, nella vicenda dell’abiura, alla sua sostenibilità da parte dell’uomo. L’intreccio fra individualità, struttura sociale e oggetto di studio vive, nella sua figura, uno straordinario momento di incontro di temi e di visioni. L’infinita traccia che dallo scienziato di Pisa si diparte sino ai nostri giorni, attraverso lo studio che ne hanno fatto diverse aree del sapere, ha prodotto multiformi e variabili interpretazioni che lo hanno reso simbolo unico e paradigma utile proprio per la sua imperfezione. La figura di Galileo Galilei consente una lettura della debolezza e della forza della ricerca scientifica nelle loro declinazioni più varie, e ricorda, nella sua conclusione, quanto di meglio essa contenga propriamente in sé e nelle sue metodologie: la ricchezza della curiosità e dell’immaginazione, l’importanza della presa d’atto dei risultati sperimentali e, sopratutto, il valore dello scambio intellettuale e della discussione. Questo numero di “Oxygen” indaga, attraverso alcune delle voci contemporanee più rappresentative della scienza e della ricerca fisica e astrofisica, la straordinaria eredità di uno dei più grandi scienziati e pensatori di tutti i tempi, nel quale la

Editoriale

ricerca della conoscenza non era disgiunta dalla passione per la bellezza e l’invenzione creativa dell’uomo. In un contesto storico come quello attuale, ricco di possibilità, di tecnologie, di mezzi, ma anche spesso povero di pensiero, di possibilità di scelta e, quasi incredibilmente, di materie prime basilari come l’acqua, di cui abbiamo parlato nello scorso numero di Oxygen, sottolineare il valore centrale dell’uomo e delle sue possibilità ci permette di ricordare, a tutti noi, lo stimolo e l’importanza dei valori fondamentali della nostra vita. La libertà nella ricerca scientifica non è solo un riflesso della libertà più generale: anzi, come proprio la vicenda di Galileo insegna, tocca spesso alla scienza il compito di porre in evidenza criticità e singolarità, di evidenziare punti di svolta e proporre soluzioni. Se riusciremo a mantenere la nostra attenzione, etica, sociale e culturale, allo stesso livello dell’attuale disponibilità di mezzi tecnologici, e se sapremo nutrire tutto ciò con adeguate risorse e discussioni, forse potremo raggiungere qualcosa di più di tanti eccelsi risultati in campo scientifico (che certamente verranno), o singoli successi in ambiti specifici. È in gioco la nostra capacità di indagare e affrontare il reale, nel suo essere dato oggettivo da un lato e nel suo essere partecipe, e soprattutto frutto, delle nostre scelte dall’altro. Se sapremo dialogare su quanto la scienza e la ricerca ci offrono creeremo un ambiente migliore, ma soprattutto un clima umano e politico in cui le scelte ora possibili saranno più libere, perché singolarmente consapevoli e collettivamente riconosciute. Vittorio Bo, direttore editoriale

Si celebra in tutto il mondo l’anno dell’astronomia, e il 1609 vide infatti nascere la nuova immagine dei cieli che si spalancò con il telescopio di Galilei. Ebbene, a distanza di quattro secoli, siamo davvero in grado di scorgere – al di là dei rituali commemorativi – un significato preciso dell’opera galileiana? La domanda è legittima: in fin dei conti oggi nessuno si specializza in un settore della fisica o dell’astronomia studiando i testi galileiani. E, d’altra parte, le risposte alla nostra domanda hanno subito, negli ultimi decenni, notevoli mutamenti. Cominciamo, allora, da una risposta che gode di un certo livello di popolarità. Essa dice che Galilei ci ha lasciato in eredità il cosiddetto metodo sperimentale: formato da un connubio di “sensate esperienze” e “certe dimostrazioni”, questo metodo starebbe alle origini di una scienza moderna e antiaristotelica. La crescita delle conoscenze sulla natura, tuttavia, non è conforme a questa immagine di un Galilei metodologo. Anzi, fu proprio Aristotele a esaltare, rispetto all’astronomia, le virtù del rapporto tra ciò che ci dicono i sensi e ciò che ci è rivelato dalla geometria: e, molti secoli prima di Aristotele, la scienza babilonese – come dimostrano gli scritti di Asger Aaboe, fece leva su accurate osservazioni astronomiche che si collocavano in un assetto teorico di tipo algebrico. Una risposta ben più raffinata al nostro quesito fu offerta, alcuni decenni or sono, da Alexandre Koyré. Egli ammirava l’opera galileiana, ma sostenne che gli esperimenti citati da Galilei non furono mai eseguiti

poiché le tecniche allora disponibili non ne permettevano la realizzazione. Si trattava quindi di esperimenti mentali che trovavano un senso solo in quanto Galilei aderiva a una forma di platonismo. E proprio qui, secondo Koyré, stava la grandezza di Galilei. La tesi di Koyré è stata però in seguito criticata dalle ricerche di studiosi come Thomas Settle e Stillman Drake, grazie alle quali si è capito che gli esperimenti galileiani furono effettivamente eseguiti. La loro realizzazione, comunque, non si reggeva su soli pilastri metodologici, ma su una rete intricata e variabile di correlazioni fra misure e teoremi che già è stata accuratamente esplorata da Winifred Wisan. Il breve spazio di una nota editoriale non consente di meglio addentrarci nella struttura del lascito galileiano, che giustamente si presta a varie interpretazioni. Può essere tuttavia utile, oggi, ricordare due tesi che Galilei espose nel Dialogo del 1632. La prima ha a che fare con l’incompletezza del sapere: “non è effetto alcuno in natura, per minimo che e’ sia, all’intera cognizion del quale possano arrivare i più speculativi ingegni”. La seconda riguarda la scienza come cultura che cresce nelle libere controversie: “La filosofia medesima non può se non ricever benefizio dalle nostre dispute… quanto alla scienza stessa, ella non può se non avanzarsi”. Ecco, un “avanzarsi” che è evoluzione culturale: a posteriori possiamo dire che senza la cinematica e la relatività galileiane non avremmo avuto Newton ed Einstein. E non avremmo quindi l’odierna e sfaccettata cultura sul mondo naturale e su noi stessi. Enrico Bellone

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Passepartout – Guarda in alto

Passepartout

Guarda in alto

a cura di Michelle Nebiolo

Nel 1800 l’Osservatorio Yerkes nel Wisconsin, Stati Uniti, era uno dei principali osservatori al mondo. Ancora oggi detiene il record per il più grande telescopio rifrattore mai costruito (1 metro di diametro) – anche perché i rifrattori furono presto abbandonati a favore di telescopi riflettori, molto più grandi.

Il più grande osservatorio al mondo è il Large Millimiter Telescope, situato sulle montagne più alte di Puebla, in Messico. Per costruirlo ci sono voluti 10 anni e 116 milioni di dollari.

Negli anni novanta la vetta del Cerro Paranal, in Cile, è stata “smussata” per creare un altopiano abbastanza ampio da ospitare il Very Large Telescope dell’Eso: l’altezza della montagna è passata così da 2.660 metri slm a 2.635.

Sebbene alcuni non credano fosse davvero adatto all’osservazione astronomica (e forse fu davvero frequentato più da astrologi che da astronomi), il Cheomseongdae, in Corea del Sud, è considerato il più antico osservatorio conservatosi fino ai giorni nostri in Asia orientale. Costruito nel settimo secolo, con i suoi 27 strati di pietre di granito, tagliate e disposte in cerchio, non arriva ai 10 metri di altezza.

Nel 1894 il giovane anarchico francese Martial Bourdin morì nel tentativo di far esplodere una bomba nell’Osservatorio di Greenwich, nel Regno Unito. Quello che forse fu il primo attacco terroristico internazionale nel paese rimane, tutt’oggi, inspiegato.

L’osservatorio di Marageh, nell’odierno Azerbaigian, è considerato uno degli osservatori più importanti della storia islamica. Entrato in funzione nel 1262, permise al direttore Nasir al-Din al-Tusi di compiere le osservazioni necessarie a formulare un modello di moto lunare... accettato dalla comunità scientifica del tempo fino alla rivoluzione copernicana.

Nel 1820 l’Osservatorio astronomico del Capo di Buona Speranza, in Sudafrica, fu la prima istituzione scientifica fondata in Africa. Gli edifici principali furono completati nel 1829, grazie a un investimento pari a 30.000 sterline.

Il sito denominato Dome C, in Antartide, è un’ottima base di osservazione astronomica perché si trova in una posizione così estrema che le stelle rimangono visibili persino a mezzogiorno e nel mese di dicembre, quando il Sole raggiunge la massima elevazione a un angolo di 38°.

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oxygen 07 – 09.2009

La modernità di Galilei

di Enrico Bellone

I discorsi nostri hanno a essere intorno al mondo sensibile, e non sopra un mondo di carta. (Galileo Galilei, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, giornata seconda)

In che senso possiamo oggi dire che l’opera galileiana ha i tratti della modernità? Per dirlo sarebbe necessario individuare, al suo interno, qualcosa che è ancora presente e vivo nella cultura del nostro tempo. Una individuazione problematica, questa. Nelle odierne facoltà di scienze, infatti, chi frequenta i corsi di meccanica o di astronomia non studia il Dialogo del 1632 o il Sidereus Nuncius del 1610. Le pagine di Galilei sono semmai ricordate dagli storici. Ma le ricerche in storia della scienza, così come sono usualmente praticate, si basano sul requisito della contestualità. Esso richiede che una data teoria vada interpretata senza uscire dal contesto storico in cui è nata, senza cioè fare uso di conoscenze posteriori a quel contesto. Ebbene, se tale requisito fosse rispettato con la dovuta coerenza, allora si approderebbe a esiti sconcertanti. Un esempio è utile per precisare questo punto. Nel luglio del 1610 Galilei descrive Saturno come formato da tre corpi sferici fra loro immobili, e, nei tre decenni successivi, tale strana conformazione viene rappresentata con alcune

problematiche varianti: solo nel 1675 si capisce che Saturno è circondato da anelli e che le immagini precedenti sono dovute alla struttura delle lenti disponibili a Galilei e ai suoi contemporanei. Ma Galilei muore nel 1642, e, in virtù della coerenza contestuale, lo storico dovrebbe quindi sostenere che, non essendo applicabili alle pagine galileiane le nozioni del 1675, nel luglio del 1610 si scoprì che Saturno è tricorporeo. E va comunque ricordato che risultati analoghi a questo emergono comunque, e con alta frequenza, quando lo storico analizza contestualmente le tesi galileiane sull’inerzia, sul principio di relatività, sul rigetto delle orbite ellittiche dei pianeti o sulle cause non gravitazionali delle maree. La modernità di Galilei, insomma, va cercata per altre vie. Suggerisco qui che sia indispensabile abbandonare i modelli storiografici centrati sul dogma del contesto e far leva, invece, su modelli evoluzionistici secondo i quali la crescita della cultura umana ha una struttura ad albero di darwiniana memoria: una evoluzione ricca di mutazioni imprevedibili e di rami secchi, non

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La modernità di Galilei

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Galilei è moderno in quanto certi aspetti delle sue teorie, tradotti e ritradottti di generazione in generazione, sono ancora oggi presenti nella cultura odierna.

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governata da una logica trascendente e al cui interno troviamo scoperte che violano le aspettative o le previsioni degli scopritori (Bellone 2009). Da questo punto di vista alternativo le pagine lasciateci da Galilei presentano alcuni tratti caratteristici. Ecco il primo: a volte Galilei lavora per confermare, in modo rigoroso, certe conoscenze fisiche sulla cui validità egli non ha dubbi, ma ottiene risultati sconcertanti e comunque estranei alle sue aspettative o alle sue previsioni (Drake 1979 e 1988). Ed ecco il secondo: a volte Galilei esplora certi fenomeni astronomici senza coltivare alcuna aspettativa e senza poter fare previsioni di alcun genere: è mosso semplicemente dalla curiosità, e si trova fra le mani risultati rivoluzionari (Righini 1978, Drake 1983). Poi, il terzo tratto: con il trascorrere degli anni lo sviluppo della scienza galileiana non si realizza come un continuo, ma è segnato da brusche svolte (Bellone 2008). Infine: Galilei non ha mai scritto un trattato sul vero metodo scientifico, e la sua modernità non sta in un presunto metodo sperimentale: nel corso delle sue ricerche, infatti, Galilei sempre oscilla fra l’accettazione di misure non corrobo-

rate da teoremi e l’elogio di teoremi privi di conferma sperimentale (Bellone 2004). Alcuni temi concreti ci possono aiutare per addentrarci nei tratti ora citati. Agli inizi del Seicento, dopo anni di adesione alla tesi plurisecolare secondo cui nei moti naturali la velocità è una costante del moto, Galilei scopre accidentalmente che la velocità di discesa di una sferetta su un piano inclinato non è costante. Egli non può, ovviamente, misurare la velocità. Può stimare solo la lunghezza degli spazi percorsi in intervalli di tempo tra loro eguali: e trova, indipendentemente dalle proprie aspettative, che la sequenza di tali lunghezze corrisponde alla sequenza dei numeri dispari: vi è dunque accelerazione, e crollano di colpo sia la scienza allora esistente sui moti naturali, sia le convinzioni dello stesso Galilei. Nel gennaio del 1610 egli punta il telescopio su Giove e in poche nottate scopre le quattro stelle medicee: ma sappiamo, proprio dai suoi manoscritti, che egli non sta controllando alcuna previsione sul possibile numero dei satelliti di quel pianeta – li vede, e basta. Lo stesso vale per la risoluzione stellare di alcune nebulae o della Via

Lattea: una manciata di settimane, motivate non da previsioni ma dalla sola curiosità, e crolla una plurisecolare immagine dei cieli. Questi due casi, nella loro semplicità, evidenziano come alcuni eventi fondamentali per la nascita della scienza moderna – la messa in crisi della teoria del moto e la rivoluzione telescopica – non siano gli esiti di una logica rigorosa e interna alla crescita delle conoscenze, ma costituiscano delle svolte improvvise e indipendenti da aspettative o intenzioni o previsioni. Si apre così una finestra proprio sulla struttura della crescita dei saperi: la sequenza dei numeri dispari comincia per Galilei a collegarsi alla natura ignota della gravitazione, le sorprendenti immagini offerte dal telescopio demoliscono una astronomia millenaria e unificano il mondo celeste e il mondo sublunare in una sola cornice fisica, e, all’interno di quest’ultima, Galilei dispone un prototipo dell’inerzia (Wisan 1974) e un archetipo del principio di relatività. Ma, così ricostruendo l’opera galileiana, la collochiamo in una vera e propria evoluzione del sapere: troviamo insomma, a posteriori, l’inerzia e la relatività, Newton ed Einstein. Già, a posterio-

ri, e non come esiti governati da una logica trascendente – troviamo in Galilei le informazioni necessarie per rimodulare la storia della scienza come settore di una evoluzione culturale che è tipica della nostra specie (Cavalli Sforza 2004, Bellone 2003 e 2006). Insomma, Galilei è moderno in quanto certi aspetti delle sue teorie, tradotti e ritradotti di generazione in generazione, sono ancora oggi presenti nella cultura odierna. E, a questo punto, si aprono due gruppi di questioni. Il primo riguarda la circostanza per cui quegli aspetti non si sono conservati nelle loro forme originarie, ma vengono oggi esposti dopo lunghe sequenze di variazioni. Sequenze lunghe e spesso inficiate da tesi che, sempre a posteriori, ci appaiono come erronee. In un passo celebre del Dialogo Galilei ci presenta l’impossibilità di distinguere, dal punto di vista della meccanica, tra un sistema di riferimento in quiete e uno in moto rettilineo uniforme. Il problema viene ripreso nel 1873 (Maxwell 1973) da un genio come Maxwell, che elabora matematicamente l’invarianza delle equazioni di campo elettromagnetico per trasformazioni galileiane: una elaborazio-

1 Chicago, Usa 2004 Buildings Reflecting on Cloud Gate (Anish Kapoor) ©Murat Taner/Corbis 2 New York, Usa Trinity Church

Instanbul, Turchia Moschea Blu

Giza, La Sfinge

La modernità di Galilei

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Consigli di lettura

ne erronea il cui superamento sfocerà nella teoria einsteniana del 1905 sull’elettrodinamica dei corpi in movimento (Einstein 2004). Situazioni di questo genere affollano la storia della scienza, e configurano quest’ultima come un processo ricco di ramificazioni: alcune restano aride e monche, altre invece sopravvivono solo in quanto gemmano altri rami e acquistano nuovi significati. Suggerisco allora che la modernità di certi frammenti teorici coincida con questa modalità di sopravvivenza, che si regge su forme di selezione culturale. Il secondo gruppo di questioni si riferisce al fatto seguente: sin da quando sono comparsi i primi testi scritti – e cioè da circa 12.000 anni – la nostra specie ha sempre fatto uso di elementari strutture aritmetiche e geometriche nei suoi tentativi di adattarsi alla propria nicchia. Non a caso si discute, negli ultimi tempi, di una vera e propria matematica “embodied” che riguarda sia Homo sapiens sia altri corpi viventi (Lakoff e Nùnez 2005, Vallortigara 2005, Oliverio

2008). Tutto ciò appare incomprensibile (o irritante) a chi resta al di fuori di modelli evoluzionistici della cultura: modelli in base ai quali si nega che la cultura sia un mondo spirituale o cartesianamente mentale, e si comincia a parlare delle idee come enti materiali e delle teorie come variabili stati fisico-chimici di reti neurali. Viene in tal modo a profilarsi, per la ricerca storica, una cornice evoluzionistica a tutto campo che investe l’intera cultura umana (Moretti 2005, Bartocci e Odifreddi 2007), che può essere esplorata ricorrendo a temi tipici dell’approccio naturalistico alla conoscenza (Van Orman Quine 1991, Valore, Giorello e Pettoello 2004) e che consente di cogliere la modernità galileiana in uno schema rinascimentale già ben studiato da Paolo Rossi (Rossi 2002). Uno schema in cui la scienza moderna si sviluppa come quel sapere pubblico al quale proprio Galilei fa appello nei Discorsi, là dove la tecnica viene esaltata come modalità alta della cultura e dove l’arsenale di Venezia è visto come luogo del vero filosofare.

Bartocci C. e Odifreddi P. (2007, a cura di), La matematica, Einaudi (in particolare i primi saggi del volume 1)

Drake S. (1979), Galileo’s Notes on Motion, in “Supplemento agli Annali dell’Istituto e Museo di Storia della Scienza”, fasc. 2

Bellone E. (2003), La stella nuova, Einaudi

Drake S. (1983), Telescopes, Tides and Tactics, Chicago University Press

Righini G. (1978), Contributo alla interpretazione scientifica dell’opera astronomica di Galileo, in “Supplemento agli Annali dell’Istituto e Museo di Storia della Scienza”, fasc. 2

Drake S. (1988), Galileo. Una biografia scientifica, il Mulino

Rossi P. (2002), I filosofi e le macchine (1400-1700), Feltrinelli

Einstein A. (2004), in “Opere scelte”, a cura di E. Bellone, Bollati Boringhieri

Vallortigara G. (2005), Cervello di gallina. Visite (guidate) tra etologia e neuroscienze, Bollati Boringhieri

Lakoff G. e Nùnez R. (2005), Da dove viene la matematica. Come la mente embodied dà origine alla matematica, Bollati Boringhieri

Valore P., Giorello G. e Pettoello R. (2004, a cura di), Da un punto di vista logico, Raffaello Cortina Editore

Bellone E. (2004), Caos e armonia. Storia della fisica, Utet Bellone E. (2006), L’origine delle teorie, Codice Edizioni Bellone E. (2008), Molte nature. Saggio sull’evoluzione culturale, Raffaello Cortina Editore Bellone E. (2009), Il contributo italiano alla rivoluzione scientifica e alla nascita della fisica moderna, in “La cultura italiana”, a cura di Luigi Luca Cavalli Sforza, vol. VIII, “Storia della scienza e della tecnologia”, a cura di Telmo Pievani, Utet Cavalli Sforza L.L. (2004), L’evoluzione della cultura, Codice Edizioni

Maxwell J.C. (1973), Trattato di elettricità e magnetismo (1873), Utet, vol.2, capp. VIII e XII Moretti F. (2005), La letteratura vista da lontano, con un saggio finale di Alberto Piazza, Einaudi Oliverio A. (2008), Geografia della mente. Territori cerebrali e comportamenti umani, Raffaello Cortina Editore

Van Orman Quine W. (1991), Quidditates. Quasi un dizionario filosofico, Garzanti Wisan W.L. (1974), The New Science of Motion: A Study of Galileo’s De motu locali, in “Archives for the History of Exact Sciences”, vol.13

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L’ellisse e la luna: una storia di scienza e pregiudizi

“Milleseicentodieci, ai dieci di gennaio. Galileo vide che il cielo non c’era”. Così Bertolt Brecht sintetizza nella sua Vita di Galileo le conseguenze delle esplorazioni celesti del grande scienziato pisano con il cannocchiale. Il cielo, il luogo sacro dove sfere di vetro purissime e trasparenti ospitano nientemeno che Dio, non c’è. Non è un’affermazione da poco, e la reazione della chiesa ne è una prova tangibile. Insieme al cielo, Galilei distrugge convinzioni religiose, teorie astronomiche e filosofiche durate migliaia di anni ma anche suggestioni popolari e pregiudizi secolari. Ma pochi sanno che il grande scienziato, pur avendo distrutto i pregiudizi degli altri, non seppe rinunciare ai propri. Per meglio far risaltare questa contraddizione unirò due storie. La prima, quella della luna, farà da sfondo alla seconda, quella dell’ellisse, e insieme ci aiuteranno a capire come la ricerca scientifica proceda tra intuizioni, cadute, suc-

cessi e lotte spesso sotterranee e crudeli. Un’introduzione è d’obbligo. Il fondamento della scienza galileiana vuole essere assolutamente oggettivo. In altre parole, la scienza si pone come concatenazione causale dei fatti perché già l’ordine della natura rivela la costanza e la necessità di un tale tipo di rapporto. La scienza, un nuovo linguaggio per interpretare la realtà, ha per Galilei enormi possibilità di successo perché la natura è di per sé immutabile e ha un ordine oggettivo causalmente strutturato di relazioni governate da leggi matematiche valide per tutti. Ciò vale anche per un altro concetto molto importante per Galilei, quello di quantità. Nel mondo infatti vi è una "immanente geometria" perché i caratteri con cui Dio ha scritto il grande Libro della Natura sono fatti – dice Galilei – di triangoli, cerchi e altre figure geometriche. Eccetto, come vedremo, una. Cominciamo dalla luna. Bianca, liscia, quasi trasparente, la lu-

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Luna, limbo lunare con i crateri Von Karman Leibnitz e Oppenheimer ©Nasa

Il progresso scientifico e culturale è un percorso non lineare e impervio, in cui improvvisi ed epocali passi in avanti si accompagnano spesso a pregiudizi duri da spazzare via. Pregiudizi da cui non fu immune neanche “il grande G”…

di Gennaro De Michele

L’ellisse e la luna: una storia di scienza e pregiudizi

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Luna ©Nasa

Ma “il grande G” aveva egli stesso un terribile pregiudizio da cui non riusciva a liberarsi: odiava le elissi e amava immensamente i cerchi.

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na è divenuta per i credenti un simbolo di purezza assoluta, tanto che nelle rappresentazioni sacre, specialmente in quelle del Seicento, la Vergine Maria quando ascende al cielo posa i suoi piedi su una luna bianchissima. Ma tutti possono vedere a occhio nudo che la luna non è completamente bianca, bensì caratterizzata da macchie scure le cui forme e dimensioni sembrano cambiare nel tempo. È così che la fantasia popolare, dovendo mettere insieme il dettato ecclesiastico e l’evidenza quotidiana, ha trovato una soluzione che oggi ci appare ridicola, ma che per molti è stata plausibile. Quelle macchie non sono altro che la rappresentazione simbolica (o addirittura i segni della presenza fisica) di Caino, che sconta la sua pena sulla luna trasportando pesanti fascine di legna. Altri, ad esempio nelle campagne pisane, dicono ancora oggi che sì, è Caino, ma che non è schiacciato dal peso della legna bensì intento a preparare allegramente frittelle… Insomma un bel problema, un caso di cui si occupa anche Dante nella Commedia, quando nel Canto II del Paradiso chiede aiuto a Beatrice: “Ma dimmi che son li segni bui di questo corpo, che la giuso in terra fan di Caino favoleggiare altrui”. E Beatrice gli spiega, da par suo, che la luna pura è e pura rimane, e che quelle non sono macchie ma solo un naturale effetto ottico dovuto alla densità dell’astro. È stato quindi naturale per i primi astronomi puntare il cannocchiale sul nostro satellite per svelarne i segreti, ma è singolare che uno di que-

sti, il famoso scienziato inglese Thomas Harriot, vi abbia visto nelle sue osservazioni del settembre 1609 nientemeno che Caino e le fascine, e ne abbia divulgato una rappresentazione grafica inequivocabile. Ma la scarsa fantasia di Harriot fu immediatamente smentita dai disegni di Galilei che davano della luna un’immagine inedita, nello stesso tempo fantastica e concreta: le macchie lunari non erano altro che ombre di montagne e crateri, ombre derivanti dall’illuminazione solare che apparivano ancora più visibili sulla linea di demarcazione tra la zona soleggiata e quella buia dell’intero satellite, come appare chiaro dai disegni riportati nel Sidereus Nuncius. E Harriot? Bene, qualche mese dopo la pubblicazione degli studi di Galilei rifece le sue osservazioni e anche lui vide, deo gratias, crateri e montagne. Galilei in questo episodio è veramente grande, e con due innocui disegni distrugge miti secolari. Ma “il grande G”, il distruttore dei cieli, l’uomo che aveva cacciato Caino dalla luna, aveva egli stesso un terribile pregiudizio da cui non riusciva a liberarsi: odiava le ellissi e amava immensamente i cerchi. L’ellisse, una forma che tutti possiamo disegnare con due chiodi e un pezzo di spago, è per Galilei “un cerchio distorto, una forma non degna dei corpi celesti”; pertanto è un obbrobrio e non può trovare posto nell’immanente geometria della natura. E fu così, per questo pregiudizio, che “il grande G”, copernicano convinto, non riconobbe mai la validità delle leggi di Keplero che avevano ridotto a tre semplici formulette le de-

cine di tomi che servivano prima per descrivere il moto di pianeti e satelliti intorno al sole. Questa di Galilei è una storia esemplare di scienza e pregiudizi che si ripete sempre quando avvengono cambiamenti epocali. Si pensi alla battaglia che hanno dovuto combattere Bohr, Planck e Heisenberg per difendere le tesi della meccanica quantistica contro avversari decisi e agguerriti del calibro di Einstein. Battaglie che si ripropongono forse più duramente anche oggi, come suggeriscono le dispute sugli ogm e sull’impiego delle cellule staminali embrionali. Sembra che la situazione non sia cambiata, e invece c’è una differenza non proprio trascurabile. Grazie alla democrazia, alla ge-

neralizzata crescita culturale della gente e ai media, oggi tutti possono esprimere un’opinione e far sentire la propria voce. Un importante filosofo della scienza, Paul Feyerabend, che ha analizzato il percorso scientifico e umano di Galilei nel suo famoso libro Contro il metodo, ha scoperto che la massima creatività scientifica si ottiene quando c’è grande tolleranza e quindi “quando… tutto può andar bene”. Una conclusione a cui è arrivato recentemente anche Richard Florida che ha sintetizzato la sua teoria del successo nelle famose 3T: talento, tecnologia e tolleranza. Una ricetta semplice ma di non facile applicazione, specialmente se si tratta di accettare “scomode ellissi” al posto di più “tranquillizzanti cerchi”.

Rubrica – titolo corrente Stephen Frink/ScienceFaction/Corbis

Photoreport

Guarda che luna

fotografia di Stephen Frink

Anche se non ha mai davvero trasformato un uomo in lupo, la Luna ha il controllo di una serie di fenomeni terrestri... e marini, come la riproduzione dei coralli. Questi piccoli polipi di solito rilasciano gameti solo una volta l’anno: si devono quindi sincronizzare, basandosi su temperatura dell’acqua, correnti, e fase lunare. Nei Caraibi, ad esempio, c’è una barriera corallina che inizia la riproduzione sessuata sempre ad agosto, l’ottavo giorno dopo la luna piena.

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Verso le nuove generazioni: lâ&#x20AC;&#x2122;energia nucleare oggi

di Giovanni Ricco

La domanda globale di energia Ă¨ destinata ad aumentare nei prossimi decenni, e la dipendenza dalle fonti fossili rappresenta un enorme problema a livello economico, politico e ambientale. La ricerca in campo nucleare si prepara a fornire una soluzione sostenibile.

Verso le nuove generazioni: l’energia nucleare oggi

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L’energia nucleare può coprire una quota significativa della crescita del fabbisogno energico, riducendo al tempo stesso le preoccupazioni di natura ambientale, politica e sociale associate al consumo di combustibili fossili.

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Nel corso di questo secolo una delle sfide globali sarà mantenere l’equilibrio tra la domanda di crescita di energia per lo sviluppo economico e il conseguente impatto sociopolitico e ambientale. Anche contando su una crescita parallela della capacità di risparmio energetico sia nei paesi industrializzati sia in quelli in via di sviluppo, è prevedibile che la domanda globale di energia cresca nei prossimi decenni fino al doppio di quella attuale. In Italia la situazione energetica non è delle migliori: il massiccio ricorso alle fonti fossili, sopratutto gas e petrolio, ha portato a una notevole dipendenza (circa 84%) dalle importazioni, a un costo della bolletta notevolmente più alto (+45% per le utenze domestiche rispetto alla media europea) e alla violazione del protocollo di Kyoto, che impone entro il 2012 la riduzione delle emissioni di gas serra (CO2) del 6,5% rispetto a quelle del 1990. Già nel 2007 le emissioni risultavano nel nostro paese superiori del 17% rispetto ai valori del 1990, peraltro con una tendenza all’aumento. L’energia nucleare può coprire una quota significativa della crescita del fabbisogno energetico, riducendo al tempo stesso le preoccupazioni di natura ambientale, politica e sociale associate al consumo di combustibili fossili. Tuttavia una parte importante dell’opinione pubblica è ancora convinta che i rischi dell’energia nucleare sia-

no più importanti dei suoi vantaggi. Proviamo quindi a esaminare i problemi che verrebbero sollevati dalla riattivazione in Italia delle centrali nucleari e le risposte che la moderna tecnologia può dare. Dal punto di vista della sicurezza, nel mondo oggi sono regolarmente in funzione circa 440 reattori della cosiddetta seconda generazione, costruiti a partire dagli anni settanta, 36 sono in costruzione e un centinaio già pianificati. Gli unici incidenti estremi avvennero negli Stati Uniti, a Three Mile Island, nel 1979 e in Ucraina, a Chernobyl, nel 1986. Entrambi furono dovuti a una sequenza di malfunzionamenti seguiti da operazioni errate da parte degli addetti, che portarono alla parziale fusione del nocciolo con emissione di gas radioattivi a pressione molto elevata. Solo a Chernobyl però questi gas sono fuoriusciti dal reattore, che non aveva una struttura di contenimento esterna adeguata. Anche in seguito allo studio di quegli incidenti e ai miglioramenti apportati, la sicurezza di tutti gli impianti costruiti nei paesi dell’Ocse è andata sempre migliorando, e ha raggiunto oggi un livello altissimo, tanto che in molti casi l’attività degli impianti è stata prolungata dai 40 anni previsti fino a 60. Le normative di sicurezza sono oggi molto severe, e tra il nocciolo radioattivo e la popolazione sono interposte almeno quattro barriere: la guaina del combustibile, il

contenitore metallico, il sistema di raffreddamento e l’edificio in cemento armato. A questi si aggiungono sistemi di sicurezza sia elettromeccanici sia passivi, governati cioè da principi fisici che si innescano spontaneamente quando necessario. Un altro aspetto cruciale è naturalmente quello dello smaltimento delle scorie radioattive. Il combustibile bruciato contiene materiali a bassa radioattività (soprattutto isotopi di uranio) e residui a radioattività elevata. Tra questi ultimi i frammenti di fissione sono nuclei più leggeri dell’uranio con vite medie dell’ordine del centinaio di anni, mentre gli attinidi minori sono nuclei instabili un po’ più pesanti dell’uranio con vite medie fino a parecchie migliaia di anni (come il plutonio 239Pu che è anche un possibile combustibile nucleare). La maggior parte dei vecchi reattori custodisce il combustibile bruciato così com’è prodotto, e necessita quindi di depositi molto capaci ben isolati dalla biosfera (miniere di sale, depositi geologici profondi). Per i nuovi reattori è iniziata in alcuni paesi (Francia, Giappone) la pratica del ritrattamento, cioè la separazione della mistura di uranio e plutonio, che può essere usata come nuovo combustibile, dagli attinidi minori e dai frammenti, che possono essere vetrificati e conservati nei depositi sotterranei, ma in vo-

lumi ridotti. Un reattore da 1000 MW produce in un anno, dopo il ritrattamento, tra 15 e 35 m3 di rifiuti ad alta attività. Va comunque ribadito che la disponibilità di un deposito geologico per le scorie a lunga durata è oggi una premessa indispensabile sia per l’utilizzo di nuove centrali nucleari sia per lo smantellamento dei vecchi impianti. Il ritrattamento delle scorie incide anche sulla disponibilità del combustibile. In ogni caso, però, anche senza ritrattamenti, le risorse disponibili di 235U sono sufficienti, agli attuali consumi, fino a circa fine secolo. Se si tiene conto delle risorse stimate, anche a costi di estrazione più elevati (il prezzo dell’uranio minerale contribuisce alla bolletta solo per il 5%) e quelle ottenibili dal disarmo nucleare, si possono guadagnare parecchie decine di anni. Per quanto riguarda i costi di produzione, quelli del nucleare sono assolutamente competitivi, ma i costi di costruzione sono molto elevati e i tempi lunghi. Ciò può rendere un investimento di questo tipo poco attraente. Una maggiore durata del periodo di produzione e una diminuzione del tempo di installazione aiuterebbe l’ammortizzamento dei capitali investiti. Persiste infine il rischio dell’uso bellico o delittuoso di scorie radioattive da parte di gruppi terroristici piuttosto che organizzazioni criminali. La linea di difesa si attua attraverso sistemi internazionali di salvaguardia e controllo (trattato di

Verso le nuove generazioni: l’energia nucleare oggi

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non proliferazione), nuove concezioni ingegneristiche di salvaguardia degli impianti e la gestione sempre più internazionalizzata dell’intero ciclo del combustibile, con l’esclusione di processi nel corso dei quali si produca plutonio separato utilizzabile per ordigni bellici.

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La tecnologia dei reattori nucleari è da sempre oggetto di ricerche e innovazioni continue, che hanno prodotto un avanzamento costante delle garanzie di sicurezza degli impianti e di smaltimento delle scorie. I reattori di ultima generazione, la cosiddetta terza generazione avanzata (III+), che entreranno in commercio entro qualche anno, saranno costruiti con procedure di sicurezza notevolmente potenziate, con diminuito impatto ambientale e riduzione dei rischi anche nelle già rarissime eventualità di fusione del nocciolo o impatto con un aereo. Questi miglioramenti, uniti alle più razionali tecnologie costruttive, permetteranno di garantire a 60 anni la durata dei nuovi impianti, ridurne i tempi di costruzione a 4 o 5 anni e portare il periodo di utilizzo a oltre il 90% del tempo, con conseguente contenimento dei costi. Il combustibile della generazione III+ può essere costituito per la metà da una mescolanza di uranio e plutonio, recuperata dal ritrattamento delle scorie, contribuendo così al loro smaltimento e al miglior utilizzo delle risorse. Tra i vari modelli di questa generazione proposti con queste caratteristiche due sono i più rilevanti per il mercato italiano. L’Epr ad acqua pressurizzata è costruito dall’azienda francese Areva e ha una potenza elettrica di 1600 MW. Ha la certificazione della Comunità Europea (Eur) ed è in corso quella statunitense (Nrc). Punta ancora sui sistemi di sicurezza ridondanti. Ciò significa che un sistema di sicurezza, ad esempio il raffreddamento di emergenza, viene quadruplicato con 3

componenti equivalenti di marche diverse posti in parallelo tra loro: una tecnologia complessa, ma ancora tradizionale, concepita per garantire un’altissima affidabilità. A fronte di incidenti severi con fusione del nocciolo, il materiale fuso viene convogliato e contenuto in un’apposita piscina, successivamente raffreddata. Particolarmente rinforzato il contenitore esterno in calcestruzzo armato spesso circa 2 metri a doppia parete con rivestimento in acciaio. È in costruzione in Francia, Finlandia e Cina. L’AP1000 ad acqua pressurizzata è costruito dalla multinazionale Westinghouse (Stati Uniti) e ha una potenza elettrica di 1117 MW. Ha la certificazione statunitense (Nrc), mentre è in corso quella della Comunità Europea (Eur). Punta sulla sicurezza passiva, cioè su dispositivi di sicurezza che non dipendono dall’intervento dell’uomo né da reti di alimentazione o da sistemi elettronici, ma funzionano in modo automatico, sfruttando ad esempio semplici principi fisici (la gravità, la circolazione naturale di gas e fluidi ecc.). In caso di eventi imprevisti si può quindi mantenere in sicurezza l’installazione per ore anche senza un comando attivo: si tratta di una tecnologia di sicurezza fortemente innovativa, che già anticipa i reattori di nuova generazione. In caso di incidente severo con fusione del nocciolo, il vaso di contenimento è progettato in modo da restare integro tramite refrigerazione delle pareti esterne. È in costruzione in Cina. A lungo termine le centrali di quarta generazione, che dovrebbero essere disponibili industrialmente dopo il 2030, offriranno soluzioni più complete e sostenibili alle problematiche sollevate dai vecchi impianti. Il Forum Internazionale Generazione IV, cui l’Italia afferisce non direttamente ma solo tramite l’Unione Europea, ha selezionato per ricerche approfondite sei sistemi, per la maggior parte reattori a neutroni velo-

1 — 4 Slovacchia, centrale Enel di Mochovce. ©Roberto Caccuri, Agenzia Contrasto

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Le nuove centrali nucleari saranno poi concepite in modo da offrire sicurezza passiva e la massima resistenza sia ai rischi della professione sia ai sabotaggi o agli attacchi terroristici.

ci, raffreddati non con acqua (che rallenterebbe i neutroni), ma con metalli liquidi e in grado di fissionare anche combustibili diversi dall’235U, come 238U e talvolta torio. La conversione nei reattori veloci dell’238U non fissile in materia fissile permetterebbe di moltiplicare per 60 l’energia prodotta a partire dall’uranio naturale, portando la disponibilità del combustibile nucleare a migliaia di anni. Il medesimo meccanismo permetterebbe di bruciare le scorie trasformando per fissione gli attinidi minori a vita media lunghissima in frammenti più leggeri a vita media molto più breve, ridimensionando così la necessità di depositi geologici. Le nuove centrali nucleari saranno poi concepite in modo da offrire sicurezza passiva e la massima resistenza sia ai rischi della proliferazione sia ai sabotaggi o agli attacchi terroristici. Tra i sistemi selezionati il primo a essere com-

mercializzato sarà quello raffreddato al sodio, che si avvale della precedente esperienza del reattore veloce francese Superfenix, ed è quindi favorito dalla Francia. L’interesse della ricerca italiana (Enea, Infn, Ansaldo Nucleare) è invece attualmente indirizzato sui sistemi veloci raffreddati a piombo liquido, nei quali la ricerca italiana è leader in Europa. L’installazione di reattori di potenza nel nostro paese va quindi vista contestualmente con la partecipazione a un percorso di ricerca e sviluppo verso un sempre maggiore livello di sostenibilità, che richiederà un impegno congiunto da parte di istituzioni, industria ed enti di ricerca scientifica.

Questo articolo apparirà sul numero 9 di "Asimmetrie", rivista di divulgazione scientifica dell’Infn accessibile anche online (www.asimmetrie.it). Si ringraziano l’autore e il comitato di redazione per averne concesso l’anticipazione.

Enel e la rinascita del nucleare in Italia Dal 2007 Enel partecipa con una quota del 12,5% al primo impianto nucleare di nuova generazione EPR (European Pressurized water Reactor) in costruzione a Flamanville, in Francia. Sessanta ingegneri sono già impegnati nel progetto. L’Area Tecnica Nucleare di Enel conta circa 100 ingegneri e tecnici specializzati e 4.000 persone lavorano nelle centrali di Spagna e Slovacchia, gestendo una capacità di 5.354 MW e una produzione annua di oltre 41 TWh. Il 3 agosto scorso è nata Sviluppo Nucleare Italia Srl una joint venture costituita da Enel ed Edf al 50%, con il compito di realizzare gli studi di fattibilità per la costruzione nel nostro Paese di almeno 4 centrali nucleari con la tecnologia di terza generazione avanzata EPR.

Il ritorno al nucleare è una scelta storica destinata a produrre un nuovo rinascimento industriale e intellettuale per l’intero sistema produttivo e scientifico del nostro Paese: il piano prevede infatti di coinvolgere non solo le filiere industriali dei fornitori ma anche le imprese energivore. A esse, il nucleare garantirà un prezzo dell’energia competitivo e stabile nei decenni a venire grazie a società ad hoc o consorzi che Enel intende costituire con la partecipazione dei grandi consumatori. Gli investimenti previsti per il rilancio del settore riguarderanno comparti, come le forniture meccaniche, nei quali l’Italia è ai primi posti nel mondo, ma c’è già un tessuto industriale al lavoro: ben 34 imprese italiane sono impegnate nella realizzazione dell’unità EPR di Flamanville e altre 15 collaborano alla realizzazione di due nuovi reattori della centrale Enel di Mohovce in Slovacchia.

Link correlati Nuclear Energy Today www.nea.fr Energia in Italia: problemi e prospettive (1990-2020) www.sif.it Appunti sull’energia nucleare www.infn.it

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Le grandi sfide dellâ&#x20AC;&#x2122;universo

di Tommaso Maccacaro

Lâ&#x20AC;&#x2122;astronomia sa essere seducente: mostra poco, lascia immaginare molto e invoglia a scoprire il resto.

Le grandi sfide dell’universo

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Il cielo stellato è sempre stato fonte di grandi ispirazioni poetiche, artistiche e filosofiche.

Per millenni abbiamo studiato il cielo, anticamera dell’universo, utilizzando unicamente la debole luce che proviene dagli astri. Quella minuscola parte dello spettro elettromagnetico che noi astronomi chiamiamo “il visibile” e a cui la nostra atmosfera è trasparente e l’occhio umano sensibile. Per millenni, osservando e studiando il cielo a occhio nudo, i nostri avi vedevano il Sole, la Luna, cinque pianeti, poche nebulosità, un paio di “stelle nuove”, molte cadenti, e qualche cometa, oltre a poche migliaia di puntini luminosi. Quanto bastava a scatenare la loro fantasia. Il cielo stellato, oltre che a permettere di orientarsi nel tempo e nello spazio, è sempre stato fonte di grandi ispirazioni poetiche, artistiche e filosofiche.

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Poi, quattrocento anni fa, nel 1609, un salto qualitativo: Galileo alza al cielo il cannocchiale che si è da poco costruito. Quel gesto produrrà una vera rivoluzione culturale e scientifica. Nell’arco di pochi mesi Galileo osserva infatti le irregolarità del terminatore (la linea di demarcazione tra luce e buio) sulla Luna, scopre i quattro maggiori satelliti di Giove e le fasi di Venere. Quanto basta per scombussolare la concezione dell’universo dell’epoca e consacrare a modello fisico il sistema copernicano che riproponeva, ma con migliori condizioni al contorno, il sistema eliocentrico, già avanzato da Aristarco di Samo due secoli prima di Cristo. Cambia il centro dell’universo e quindi il ruolo dell’uomo; l’aristotelica perfezione celeste diventa un concetto astratto e superato, inizia l’astronomia moderna basata sulla mediazione strumentale tra noi e il cosmo, sull’utilizzo di una nuova strumentazione che, permettendo di amplificare i deboli segnali provenienti dalle stelle, ci ha consentito di vedere ciò che prima era invisibile. Dopo questo primo passo impor-

tante ne sono stati fatti altri, ad esempio sostituendo l’occhio umano con ricettori ben più sensibili e versatili che permettessero l’archiviazione e la condivisione del dato e, successivamente, approfittando della conquista dello spazio, impadronendoci rapidamente di tutto lo spettro elettromagnetico per le osservazioni astronomiche. Abbiamo oggi telescopi di dieci metri di diametro (quello di Galileo era di tre centimetri) istallati nei siti più bui e deserti della terra o addirittura in orbita intorno al nostro pianeta. Abbiamo a disposizione sensori sensibili alle onde radio, alla radiazione infrarossa, al visibile, ai raggi X e gamma, per non parlare di attrezzature per la rilevazione di neutrini e dei raggi cosmici, per dare risposte agli interrogativi più profondi e affascinanti sulla natura del mondo. In questi quattrocento anni (soprattutto negli ultimi cento) abbiamo imparato molto. Siamo convinti di aver misurato l’età dell’universo e le caratteristiche fisiche e chimiche delle stelle e delle galassie che lo compongono, e di saper descrivere in dettaglio i primi istanti dopo il Big Bang, secondo dopo secondo, minuto dopo minuto, così come i processi che nel tempo hanno aggregato la materia in stelle, galassie e ammassi di galassie, e quelli che hanno portato alla formazione di tutti gli elementi della tavola periodica. Abbiamo ottenuto immagini dettagliate dei fenomeni più estremi: nascita e morte delle stelle, collisioni tra galassie, pulsar in rapida rotazione. E ancora baby galassie in formazione nelle fasi primordiali dell’universo, nubi di gas che collassano e formano sistemi planetari, esplosioni catastrofiche fotografate nel momento in cui avvengono: miliardi di anni fa! Ciononostante sono ancora tanti i misteri dell’u-

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Le grandi sfide dell’universo

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Cosa vorremmo scoprire nei prossimi anni? Quali sono le grandi sfide che ci attendono?

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niverso. Paradossalmente, più conosciamo e più ci rendiamo conto di quanto poco sappiamo. Per ogni domanda a cui diamo risposta, ne sorgono spontaneamente altre. Come quattrocento anni fa, siamo incredibilmente ignoranti e, forse, solo un po’ più consapevoli di ciò. Infatti, il nostro modello corrente dell’universo, fragile quanto quelli precedenti che ha sostituito, ci dice che dell’universo conosciamo il 5% appena (la materia “normale” o barionica), essendo un buon 20% costituito da materia oscura (che conosciamo solo attraverso i suoi effetti gravitazionali ma di cui non sappiamo ancora la vera natura), per non parlare dell’energia oscura (dove “oscura” significa che non abbiamo la più pallida idea di cosa sia) che costituisce circa il 75% dell’intero universo. L’astronomia sa essere seducente: mostra poco, lascia immaginare molto e invoglia a scoprire il resto. Cosa vorremmo scoprire nei prossimi anni? Quali sono le grandi sfide che ci attendono? Sfide strumentali e tecnologiche quanto cognitive e intellettuali. Me ne vengono in mente tre: — la comprensione della nostra (apparente) solitudine cosmica; — la rivelazione delle onde gravitazionali e il loro utilizzo per una nuova astronomia; — la comprensione della natura della materia oscura, dell’energia oscura e più in generale del-

la “geometria” e della storia dell’espansione dell’universo, nonché della sua unicità. Già Fermi si era posto, nel secolo scorso, la domanda: se è così probabile che esistano altre forme di vita nell’universo, dove sono tutte quante? Perché questo grande silenzio? Il problema è che, sull’orologio cosmico, l’intervallo di tempo che ci vede affacciati all’universo è del tutto insignificante e infinitesimo. E le distanze e i tempi di attraversamento del cosmo sono tali da rendere le esplorazioni lente e i contatti estremamente improbabili. Siamo impazienti, ma non sappiamo ancora quali siano veramente le regole del gioco per quanto riguarda non dico la comunicazione con altre civiltà, ma anche solamente la comprensione delle condizioni adatte allo sviluppo della vita e alla sua successiva evoluzione. Conosciamo ormai diverse centinaia di pianeti extrasolari. Alcuni li abbiamo addirittura “fotografati”. Ma ancora non sappiamo quanto in essi, e in altri ancora sconosciuti, sia comune (o raro) lo sviluppo e l’evoluzione della vita. La posta in gioco è altissima e sempre più missioni spaziali sono dedicate alla scoperta di altri pianeti (Corot e Kepler sono già operativi, Gaia è in avanzato stato di costruzione, Plato e Terrestrial Planet Finder sono progetti attualmente in fase di valutazione, altri ancora sono in studio). Difficilmente nella prossima decade, forse in questo se-

colo, quasi sicuramente entro il millennio, avverrà la scoperta di un’altra forma di vita, esistente o esistita. È l’evento più dirompente che io possa immaginare. Già da diversi anni, da terra, esperimenti come l’americano Ligo e l’europeo Virgo cercano di rivelare onde gravitazionali. L’Esa e la Nasa hanno allo studio una missione spaziale estremamente ambiziosa e promettente: disegnare nello spazio un triangolo equilatero di ben 5 milioni di chilometri di lato ponendo, ai vertici del triangolo, tre rivelatori identici che controllino la loro posizione relativa bersagliandosi reciprocamente con un raggio laser. Un’onda gravitazionale che attraversasse il sistema produrrebbe una minuscola alterazione dello spazio stesso e verrebbe rivelata come una impercettibile variazione della distanza reciproca dei tre rivelatori. L’impresa è al limite delle nostre capacità tecnologiche e il costo è esorbitante. Ma il ritorno scientifico può essere immenso. L’astronomia a onde gravitazionali ci permetterà di “vedere” i noccioli delle ipernove quando collassano a formare buchi neri, i sistemi binari di stelle di neutroni che si schiantano l’una sull’altra e più in generale le catastrofi cosmiche dove è in gioco l’accelerazione di enormi quantità di materia, inclusi possibilmente i primi momenti di formazione dell’universo stesso. Per non parlare di quanto verrebbe scoperto di totalmente inaspet-

tato e oggi imprevedibile, così come è successo ogni volta che si è riusciti ad aprire una nuova “finestra” sul cosmo. Il lato “oscuro” dell’universo si fa sempre più imbarazzante. Da quarant’anni conviviamo con la materia oscura, senza capirne la natura, e da un decennio dobbiamo anche convivere con una quantità ancora più ingombrante di energia oscura. Ma esiste veramente questa energia oscura responsabile dell’apparente accelerazione dell’espansione dell’universo? O è piuttosto il risultato di non voler violare il principio cosmologico, che deriva dalla rivoluzione copernicana di quattrocento anni fa? Una sorta di tabù culturale, ormai. Il satellite Planck, che ha appena iniziato una nuova e più dettagliata mappatura della radiazione cosmica di fondo, il sacro Graal della cosmologia, produrrà la fotografia più affidabile e più nitida mai avuta di come si presentava l’universo neonato, quando non aveva ancora neppure un decimillesimo della sua età attuale. È in quella fotografia e nei suoi dettagli più minuti che gli astronomi contano di scoprire il segreto dell’universo oscuro, la sua geometria, la sua storia e il suo fato. Probabilmente in meno di un paio d’anni. E poi? Poi altre domande, altre sfide, per continuare a spostare i limiti della conoscenza sempre più in là.

1 Nettuno e il suo satellite Tritone ©Nasa/JPL/Michael Benson, Kinetikon Pictures

Urano e i suoi anelli Nasa/JPL/Calvin Hamilton

3 Marte, tarda estate sull'emisfero nord © Nasa/JPL/Michael Benson, Kinetikon Pictures

Giove, il pianeta più grande del sistema solare © Nasa/JPL/Michael Benson, Kinetikon Pictures 4

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Connect the dots

Stella, stellina 036

a cura di Davide Coero Borga

Chiamiamo stelle quei corpi celesti che brillano di luce propria. In astronomia e astrofisica il termine designa uno sferoide luminoso di plasma che genera energia nel proprio nucleo attraverso processi di fusione nucleare. Buona parte degli elementi chimici di cui è composto l’intero universo, come idrogeno ed elio, si sono formati e vengono sintetizzati tutt’ora nel nucleo delle stelle attraverso processi di nucleosintesi.

1. Carl Sagan, astronomo statunitense, definisce la specie umana come l’incarnazione locale di un cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. “Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle”.

2. L’immagine delle stelle

ricorre nel verso finale di tutte e tre le cantiche della Divina Commedia: “E quindi uscimmo a riveder le stelle”, Inferno XXXIV, 139; “puro e disposto a salire a le stelle”, Purgatorio XXXIII, 145; “l’amor che move il sole e l’altre stelle”, Paradiso XXXIII, 145. Le stelle sono la meta di Dante e per questo motivo ne scandiscono il viaggio ultramondano, pieno di riferimenti astronomici che denunciano l’interesse del poeta per le scienze e l’osservazione del cielo.

3. I nomi delle stelle sono belli, ma son più di cento volte centomila: l’ha scritto anche Gianni Rodari. La costellazione dell’Orsa Maggiore ne è un valido esempio. Il nome mediterraneo più classico per quest'asterismo è quello latino di Septemtrionis, derivante da septem (sette) e triones (buoi da lavoro), dove i "sette buoi" sono le sette stelle del Grande Carro. Meno poetici gli americani, che nella costellazione delle sette stelle vedono un mestolo (big dipper). Nel sud della Francia si usa talvolta il nome casserole (casseruola) mentre in Inghilterra è diffuso il nome plough (aratro). Nei paesi nordici si parla del Carro di Carlo, con riferimento a Carlo Magno.

4. Negli appunti Galileo, e nella contabilità familiare giunta sino a noi, appaiono alcuni pagamenti ricevuti per oroscopi, fatti ad allievi e amici per arrotondare lo stipendio. Presso la biblioteca nazionale di Firenze è conservato un prezioso manoscritto che raccoglie diverse "carte natali" che Galileo volle conservare, tra cui anche un oroscopo del padre del metodo scientifico. ©Nasa

5. La teoria della relatività generale di Einstein prevede che la luce possa incurvarsi in prossimità di corpi celesti di grande massa. La nostra visione del cielo può dunque essere falsata qualora le stelle, rispetto a noi, siano posizionate dietro ad altri astri. Si tratta del fenomeno delle lenti gravitazionali: la luce viene deviata e i corpi a grande massa agiscono come una lente per l’osservazione di stelle ancora più distanti. Fra i fenomeni più spettacolari prodotti dalle lenti gravitazionali c'è il cosiddetto anello di Einstein: un anello luminoso che si forma attorno a un corpo celeste quando si trova in linea con una sorgente luminosa rispetto all'osservatore.

6. Due stelle che ruotano intorno a un centro comune sono dette binarie. Col tempo questi corpi celesti si avvicinano l’uno all’altro, aumentando velocità di rotazione e riducendo la distanza che li separa. Il sistema binario perde costantemente energia e genera onde gravitazionali. A causa della riduzione di energia la coppia di stelle è costretta a ruotare sempre più vicina e in fretta, fino a quando di verifica una fusione stellare. In prossimità del punto di fusione il sistema binario può raggiungere i 500 giri al secondo.

7. Anche il fondo del mare è ricoperto di stelle. Si tratta di echinodermi della classe Asteroidea, comunemente conosciuti con il nome di stelle marine. Un tempo erano considerate una vera e propria piaga dai pescatori di ricci, che le tagliavano a metà e le rigettavano in mare. Ma dal momento che ogni braccio contiene tutte le strutture anatomiche presenti nella stella intera, esse erano in grado di rigenerarsi diventando il doppio di quante non fossero.

8. “Gesù nacque a Betlemme di Giudea, al tempo del re Erode. Alcuni Magi giunsero da oriente a Gerusalemme e domandavano: ‘Dov'è il re dei Giudei che è nato? Abbiamo visto sorgere la sua stella, e siamo venuti per adorarlo’” (Matteo 2, 1-2). La stella di Betlemme è quel fenomeno astronomico che, secondo il racconto del Vangelo, guidò i re Magi a fare visita a Gesù appena nato. L'ipotesi più comune la identifica con una triplice congiunzione di Giove e Saturno verificatasi nel 7 a.C., nella costellazione dei Pesci.

9. Il senese Alessandro

Piccolomini, scrittore, filosofo, astronomo e membro dell'Accademia degli Intronati, è da molti considerato l’autore del primo atlante celeste moderno: il suo De le stelle fisse (1543), infatti, arriva con oltre mezzo secolo d’anticipo sul più noto Uranometria (1603) di Johann Bayer, giurista e astronomo tedesco. Le 47 mappe che costituiscono l'opera raffigurano tutte le costellazioni tolemaiche (manca solamente quella del Puledro) e mostrano le stelle senza le corrispondenti figure mitologiche.

10. Le costellazioni cinesi sono diverse da quelle occidentali a causa dello sviluppo indipendente dell'antica astronomia cinese. Gli antichi cinesi hanno diviso il cielo notturno in modo differente, anche se esistono delle similitudini. Anche qui ritroviamo la cadenza stagionale e lo zodiaco è diviso in quattro regioni cui sono attribuiti altrettanti simboli: il drago azzurro dell’est che rappresenta la primavera, l’uccello rosso del sud che porta l’estate, la tigre bianca dell’ovest per l’autunno e la tartaruga nera del nord che simboleggia l’inverno.

Intervista a David Gross

Grandi attese

di Jacopo Romoli

Il vincitore del premio Nobel per la fisica nel 2004, David Gross, ci spiega perché il Large hadron collider (LHC) è così importante per i ricercatori oggi, quali potrebbero essere i prossimi sviluppi della teoria delle stringhe, e cosa gli piacerebbe scoprire in futuro. Qual è la situazione attuale della fisica della particelle? Si potrebbe dire che ci troviamo in un limbo, in attesa dell’LHC al Cern: anche se continuiamo a imparare moltissimo in linea teorica, di fatto aspettiamo che questa macchina si accenda – speriamo nei prossimi mesi – per scoprire molto di più. Ci sono molte questioni che dipendono da quel che rivelerà l’LHC. Perché è così importante l’LHC? Perché è la macchina che riuscirà a produrre collisioni di particelle elementari a livelli energetici 10 volte superiori a quelli che sono possibili ora. Investigare questo tipo di regime energetico ci condurrà probabilmente a scoperte che non possiamo prevedere, ma ci sono anche risultati che gli scienziati si aspettano, come trovare la particella di Higgs per verificare finalmente l’ultima parte del modello standard. Pensiamo anche che l’LHC sarà in grado di raggiungere livelli di energia tali da produrre materia oscura, consentendoci di studiarla per la prima volta. Gli astronomi ci dicono che l’universo ne è pieno, e sappiamo che fa “piegare” la luce e che le stelle la “sentono”. C’è un’ottima teoria secondo la quale è composta da particelle molto pesanti che interagiscono debolmente, ma non abbiamo mai visto queste particelle, non le abbiamo mai potute misurare o osservare nelle loro proprietà e interazioni. Non da ultimo, io personalmente sono entusiasta soprattutto all’idea che l’LHC potrebbe scoprire la supersimmetria. 1

In poche parole, cos’è la supersimmetria? In realtà si tratta di un’ipotesi, di una bellissima costruzione teorica nata con i primi sviluppi della teoria delle stringhe. Nel secolo scorso, con la teoria di Einstein e il modello standard, abbiamo imparato quanto è importante la simmetria. Ma la supersimmetria è un nuovo tipo di simmetria, che alcuni di noi credono sia una probabile proprietà della natura: secondo la supersimmetria le leggi della fisica sono indipendenti dalla rotazione nel superspazio, in modo analogo a come la normale simmetria rotazionale stabilisce che le leggi della fisica sono indipendenti dalla rotazione nello spazio “normale”. Per esempio, non importa se un laboratorio è orientato verso est o verso ovest: anche ruotandolo si ottiene sempre lo stesso risultato. Ma le rotazioni di cui parliamo in questo caso sono nel superspazio, che sarebbe come lo spazio normale se non fosse che ha delle strane coordinate in più. Strane perché su di esse le lunghezze non si misurano con numeri normali, ma con numeri di Grassmann, che non rispettano la proprietà commutativa della moltiplicazione. Questa bellissima, elegante estensione della normale simmetria gioca un ruolo fondamentale nella teoria delle stringhe e permette di risolvere alcuni problemi teorici: per esempio, applicata a quel che sappiamo nella natura, produce automaticamente un candidato per la materia oscura, tra le altre nuove particelle. Quindi chi ama la supersimmetria spera che l’LHC fornisca qualche

prova della sua esistenza. Sarebbe la scoperta di un nuovo mondo! Nella supersimmetria ogni particella nota avrebbe un nuovo partner che si ottiene per rotazione nel superspazio. Avremmo immediatamente una quantità incredibile di nuovi fenomeni e nuove particelle da misurare ed esplorare, rivoluzionando l’idea che abbiamo dello spazio, e scoprendo un gran numero di quegli indizi che ci sono necessari per risolvere alcuni dei misteri della fisica delle particelle elementari: l’unificazione delle forze, la dinamica della rottura della simmetria della forza debole, l’origine della materia oscura e molte altre domande che rimangono ancora aperte, per le quali al momento abbiamo solo delle ipotesi. Quanto tempo ci vorrà prima che l’LHC fornisca qualche prova a sostegno della supersimmetria? Spero non troppo! Ma di fatto non lo sappiamo. Alcuni dicono che vedremo i primi segni di supersimmetria appena l’LHC sarà acceso, anche a livelli energetici contenuti… ma altri, meno ottimisti, sostengono che queste prove sono nascoste così bene che ci vorranno 5 o 10 anni. E francamente mi sembra una stima più realistica. Basti pensare che per trovare la particella di Higgs, che conosciamo molto meglio, si stima che ci vorranno 5 anni, anche se in questo caso sappiamo esattamente cosa cercare. Si tratta di individuare un evento tra decine di milioni di eventi o anche più: è come cercare un ago in un pagliaio, un’impresa incredibilmente ardua.

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oxygen 07 – 09.2009 1 Simulazione della produzione di un evento Higgs nell’Lhc del Cern, in un rilevatore Atlas © Cern 2 — 3 La fisica delle particelle studia l’incredibilmente piccolo per capire l’incredibilmente grande. L’immagine mostra il risultato delle collisioni tra particelle fondamentali – elettroni e positroni – nei quattro rilevatori di particelle del Lep al Cern, sovrapposto a uno sfondo di stelle ©Patrice Loïez, Cern

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Può dirci qualcosa di più sulla ricerca che le è valsa il premio Nobel? Be’, stavamo ancora costruendo il modello standard quando ho preso il Ph.D.: era la fine degli anni sessanta, ed era ancora tutto estremamente confuso. Personalmente ero interessato soprattutto alla forza nucleare forte, che si è rivelata agire sui quark… ma a quel tempo nessuno credeva nei quark se non come oggetti matematici, perché non si vedono e non si possono “tirare fuori” dal nucleo. Mi ero concentrato sugli esperimenti realizzati a Stanford, che investigando la composizione dei protoni fecero emergere un comportamento inaspettatamente semplice, come se i protoni fossero componenti puntiformi che si muovevano liberamente. In effetti si poteva sostenere che avevano le proprietà dei quark.

Era una cosa piuttosto misteriosa, perché ci si aspettava che le forze nucleari fossero molto potenti. Come facevano le particelle a muoversi così liberamente? Con l’aiuto di Frank Wilczek cercai di trovare una spiegazione per questo fenomeno, e la nostra ricerca alla fine ci portò a teorizzare che l’interazione tra i quark è forte quando sono distanti – così forte, infatti, che non si riescono a tirare fuori dal nucleo – ma diventa molto debole quando sono vicini. Chiamammo questa proprietà “libertà asintotica”, che portò immediatamente alla teoria dell’interazione forte, la cromodinamica quantistica (QCD). Lei ha anche formulato la teoria delle stringhe eterotiche con Harvey, Martinec e Rohm. Quali sono i suoi pensieri sulla teoria delle stringhe al momento?

La teoria delle stringhe vive un momento piuttosto insolito. Ai tempi della cosiddetta “rivoluzione delle superstringhe”, 25 anni fa, avevamo grandi aspettative perché pensavamo che avremmo subito capito moltissimo in poco tempo. Ma la teoria delle stringhe si è rivelata molto più ricca di quanto non sembrasse allora, e molto più complicata. Gli stringhisti stanno cercando di risolvere molti problemi difficili, ma la nostra comprensione della teoria stessa è ancora così limitata che è difficile persino condurre esperimenti per testarla. Nel complesso non si è rivelata all’altezza dell’entusiasmo iniziale, delle speranze di quando pensavamo che le risposte fossero dietro l’angolo. Nel tempo è sicuramente diventato più chiaro come essa faccia parte della stessa strut-

Secondo me la teoria delle stringhe non è ancora nemmeno una vera teoria, ma piuttosto una struttura, un framework...

Grandi attese

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Mi piacerebbe anche sapere qual è la vera natura dello spazio e del tempo... mi piacerebbe molto capire come anche il tempo potrebbe rivelarsi un concetto emergente.

tura concettuale che include il modello standard. All’inizio pensavamo che sarebbe stata diversa e rivoluzionaria, ma ora ci rendiamo conto che le parti della teoria delle stringhe che comprendiamo meglio sono in effetti quelle che sono equivalenti, a livello matematico, a quelle che usiamo per descrivere il modello standard. Secondo me la teoria delle stringhe non è ancora nemmeno una vera teoria, ma piuttosto una struttura, un framework con molte soluzioni costruite ma nessun principio generale organizzativo. Ci fornisce un set di strumenti incredibilmente ricco, ma avremo bisogno di maggiori input da parte della sperimentazione e delle scoperte teoriche, scoperte che al momento potrebbero arrivare da molti ambiti diver-

si ma che ruotano intorno a questioni molto difficili. E in futuro? A quali ricerche le piacerebbe partecipare? Mi piacerebbe veder sviluppata una comprensione davvero completa, quindi in grado di fornire previsioni, della QDC a tutte le scale. Ci sono stati progressi notevoli in questa direzione negli ultimi anni, per lo più connessi agli sviluppi della teoria delle stringhe, ma sarei felice di lavorare di più in questo ambito. Invece di concentrarsi sulle questioni affrontate dalla teoria delle stringhe negli ultimi decenni, quali la gravità quantistica e l’unificazione, la QCD torna alle origini della teoria stessa.Oltre a questo sto an-

cora pensando molto a quel che ancora manca nella teoria delle stringhe: dove potremmo trovare gli ingredienti mancanti? Penso che sia necessario spingere la teoria delle stringhe verso i paradossi che ancora esistono nella gravità quantistica, come la singolarità cosmologica dell’universo, quelle nei buchi neri e così via. La teoria delle stringhe potrebbe aiutarci dove hanno fallito gli approcci tradizionali, ma potrebbe anche trovarsi di fronte a qualcosa che ci permetterebbe di scoprire quali sono i principi che mancano per completarla. Mi piacerebbe anche sapere qual è la vera natura dello spazio e del tempo. Ho il presentimento che il nostro modo di pensare a essi non sia davvero fondamentale. Più proseguiamo nella com-

prensione della teoria delle stringhe e più troviamo prove a conferma di questo. Ci sono piccoli esempi di come si potrebbero pensare formulazioni fondamentali della teoria in cui lo spazio è un concetto emergente; e mi piacerebbe molto capire come anche il tempo potrebbe rivelarsi un concetto emergente. Se potesse tornare indietro e scegliere un Ph.D. diverso, cosa sceglierebbe? Immagino che se non potessi affrontare quesiti interessanti attraverso la fisica mi piacerebbe moltissimo la neuroscienza. Ho avuto la possibilità di avvicinarmi un po’ a questa straordinaria e giovane scienza grazie al fatto che, come direttore del Kavli Institute for Theoretical Physics, ho il privilegio di contribui-

re all’organizzazione dei corsi. Adottiamo un approccio alla fisica talmente ampio che insieme alle materie tradizionali inseriamo nei programmi anche molta biologia e neuroscienze. C’è ancora molto che ancora non sappiamo su come funziona il cervello, ma oggi è possibile osservare e misurare un gran numero di nuovi fenomeni. Questo fa sembrare che sia a portata di mano la comprensione di problemi concettuali sul funzionamento del cervello e sull’origine della coscienza. Sono questioni meravigliose, molto difficili e molto interessanti, sulle quali vorrei lavorare.

4 Simulazione di una collisione di ioni di piombo in Alice ©Cern

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Spazio per l’energia

di Amedeo Balbi

Il programma per il volo umano aerospaziale, in seguito alla missione Apollo, si sta concentrando sul progetto di una stazione orbitante intorno alla Terra con un equipaggio di 100 uomini, in grado di svolgere una molteplicità di compiti in campi che vanno dallo sviluppo delle risorse terrestri all’astronomia... La tabella di marcia ipotizzata contempla il lancio di un primo modulo della grande stazione spaziale, con fino a 12 uomini, entro il 1975. I ricercatori Nasa che stanno progettando queste missioni umane avanzate prevedono che, sfruttando il concetto di modularità, si potrà sviluppare in modo progressivo la stazione iniziale fino a costruire una base in grado di ospitare 100 uomini entro il 1980. (“Aviation Week & Space Technology”, 24 febbraio 1969)

Verso la fine degli anni sessanta del secolo scorso, qualsiasi futurologo in vena di previsioni facili avrebbe scommesso su due cavalli sicuri: entro i primi anni del ventunesimo secolo l’uomo avrebbe colonizzato stabilmente la Luna; e la maggior parte dell’energia necessaria all’umanità sarebbe stata prodotta in modo pulito e abbondante attraverso il controllo delle reazioni di fusione nucleare, le stesse che tengono acceso il nostro Sole. Come chiunque è in grado di constatare, nessuna delle due profezie si è avverata. L’ultima impronta di piede umano sulla Luna risale al 14 dicembre 1972, e la caccia a una forma di energia pulita e in grado di soddisfare i bisogni sempre crescenti del mondo moderno è ancora aperta. Ma in una di quelle strane e imprevedibili convergenze di percorsi tecnologici che farebbero la felicità di uno scrittore di fantascienza, negli ultimi anni la ricerca sulla fusione ha stimolato, almeno in parte, il riaccendersi dell’interesse verso l’esplorazione e la colonizzazione del nostro satellite. La motivazione sarebbe un elemento rarissimo sulla Terra ma, sembrerebbe, molto abbondante nel suolo lunare: l’elio-3. Cos’è che rende l’elio-3 così appetibile da spingere a cercarlo addirittura nel suolo lunare? Secondo alcuni studiosi, i nuclei di elio-3 (composti da due protoni e un neutrone) potrebbero es-

sere un combustibile appetibile per i reattori a fusione del futuro: quelli sperimentati finora (comunque ancora ben lontani dall’obiettivo della produzione di energia su larga scala) usano come combustibile nuclei di trizio (due neutroni e un protone) e deuterio (un neutrone e un protone). Sostituire l’elio-3 al trizio potrebbe avere alcuni vantaggi. Le reazioni basate sull’elio-3 avrebbero come sottoprodotto protoni invece che neutroni: e i protoni, dotati di carica elettrica, sarebbero più facili da schermare usando campi elettromagnetici (e in questo modo la loro energia potrebbe essere imbrigliata e riutilizzata). Inoltre l’elio-3, al contrario del trizio, non è radioattivo. I sostenitori dell’elio-3 come combustibile per le reazioni di fusione lo presentano entusiasticamente come una panacea, ma va detto che al momento il suo impiego è non solo del tutto speculativo, ma anche controverso dal punto di vista teorico. In ogni caso, servirebbero quantità enormi di elio-3 per produrre l’energia richiesta: circa 40 tonnellate per un anno di fabbisogno energetico degli Stati Uniti (assumendo ottimisticamente una conversione di energia al massimo dell’efficienza teorica). Una quantità ben superiore all’intera riserva mondiale. Sulla Luna, però, l’elio-3 potrebbe essere molto abbondante. Gli indizi in questo senso sono ba-

sati sulle analisi delle rocce riportate a Terra dalle missioni Apollo, che mostrano una concentrazione di elio-3 di molto superiore a quella trovata nelle rocce terrestri. Se queste stime fossero confermate, la Luna sarebbe un deposito relativamente vicino di un elemento che potrebbe in futuro rivelarsi inestimabile. Nonostante la possibilità di usare l’elio-3 come combustibile nucleare sia ancora tutta da dimostrare, il miraggio di accaparrarsi il diritto all’uso di un elemento che potrebbe essere essenziale per la produzione energetica futura deve aver fatto breccia nelle agenzie spaziali mondiali. Se negli anni sessanta le motivazioni per la gara alla conquista della Luna furono essenzialmente di ordine strategico e militare, oggi sembra che il piatto della bilancia si sia spostato soprattutto verso l’aspetto economico dell’impresa, con lo sfruttamento delle risorse del satellite come motore principale. Ed ecco allora che la ricerca dell’elio-3 compare sempre più spesso nella lista delle motivazioni che spingono nazioni finora rimaste fuori dall’esplorazione del nostro satellite a investire in costose missioni spaziali. Gli Stati Uniti e la Russia hanno finora mantenuto un profilo piuttosto basso in merito alla ricerca di elio-3 sul suolo lunare, ma le nazioni emergenti, che sgomitano per entrare nel club spaziale, sono state meno vaghe. È il caso, in

particolare, dei due giganti asiatici: la Cina, che ha affermato ufficialmente di essere interessata alla possibilità di installare basi minerarie per l’estrazione di elio-3 sulla Luna, e l’ultima arrivata, l’India, che nell’ottobre dello scorso anno ha lanciato la sonda Chandrayaan-1, con l’obiettivo esplicito di valutare la composizione mineraria e chimica del satellite (e quindi, implicitamente, il suo contenuto di elio-3). Con questa missione, non solo l’India è entrata ufficialmente a far parte del piccolo numero di nazioni che possono dire di avere mandato un loro satellite in orbita intorno alla Luna, ma è addirittura la quarta potenza, dopo Stati Uniti, Russia e Unione Europea, ad aver fatto allunare una sua sonda, la Moon Impact Probe, che ha toccato il suolo lunare il 14 novembre 2008. L’investimento indiano nella corsa alla Luna può sembrare spropositato, per una nazione in via di sviluppo in cui larghe fasce di popolazione vivono in condizioni di estrema povertà. Ma l’India ha da tempo, e previdentemente, investito in formazione (gli studenti indiani sono ormai tra i più ambiti nelle università americane), ricerca e sviluppo tecnologico, come le basi su cui costruire la crescita futura della nazione. Evidentemente, i governanti indiani sono convinti che, in prospettiva, avere un piede sulla Luna potrebbe fare una grande differenza. Elio-3 o non elio-3.

20 novembre 1969. L’astronauta Alan Bean, pilota della Apollo 12, tiene in mano un campione di suolo lunare raccolto durante la missione. Riflesso nel suo visore si vede il comandante Charles Conrad mentre scatta la foto.

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Una tragica incomprensione reciproca

di George Coyne

La Commissione Galileo fu costituita da Giovanni Paolo II con una lettera del Cardinale Segretario di Stato, il 3 luglio 1981, ai membri della Commissione. Il 31 ottobre 1992, con una solenne udienza alla Pontificia Accademia delle Scienze, Giovanni Paolo II concluse il lavoro della Commissione. L’allocuzione del Papa fu preceduta da quella del Cardinale Paul Poupard che, con una lettera del 4 maggio 1990, era stato invitato dal Cardinale Segretario di Stato a coordinare le fasi finali del lavoro della Commissione. Un’analisi di queste due allocuzioni rivela alcune inadeguatezze.

Una tragica incomprensione reciproca

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Nel discorso preparato per il Papa, l’affaire Galileo è descritto come “una tragica incomprensione reciproca”, che si può articolare nelle quattro conclusioni principali dei due discorsi: 1 si dice che Galileo non avesse compreso che, in quel tempo, il Copernicanesimo era solo “ipotetico” e che non ne possedeva le prove scientifiche; avrebbe quindi tradito proprio i metodi della scienza moderna della quale è considerato il fondatore; 2 si ritiene inoltre che, in quel tempo, i “teologi” non potessero comprendere correttamente le Scritture; 3 si sostiene che il Cardinale Roberto Bellarmino avesse compreso quanto era alta “la posta in gioco”; 4 quando si venne a conoscenza delle prove scientifiche del Copernicanesimo, la Chiesa si affrettò ad accettarlo e ad ammettere implicitamente che aveva sbagliato a condannarlo. Non sarà possibile discutere in questa sede tutte e quattro le conclusioni, ma vorrei commentare almeno il primo e il terzo punto. Si dice che Galileo non avesse capito la differenza tra scienza e filosofia. Che non accettasse il Copernicanesimo come “ipotetico” e, quindi, che non capisse la scienza anche se è stato uno dei suoi fondatori. Si potrebbe discutere molto della caratterizzazione del metodo scientifico e dell’uso che Galileo ne fece. Mi limiterò qui a discutere l’ambiguità insita nel termine “ipotesi” stesso. In questo contesto, esso può essere usato in due modi distintamente diversi: come espediente puramente matematico, utile a prevedere gli eventi celesti, o come tentativo di capire la vera natura dei cieli. Questa fondamentale differenza di significato va vista in relazione all’uso che si fece del termine nell’antichità e fino al medioevo cristiano e dai tempi di Copernico fino a Galileo. Il miglior esempio, natural-

mente, è il caso di Osiander. Nel suo tentativo di salvare Copernico, Osiander, a insaputa dell’autore e andando contro i suoi intenti, scrisse una prefazione al De Revolutionibus per spiegare al lettore che il sistema presentato era da intendersi, come da tradizione nell’astronomia medievale, solo come espediente matematico. Non c’è dubbio che Galileo vedesse invece i propri studi come tentativo di capire la vera natura delle cose. È noto che preferiva essere considerato un filosofo della natura piuttosto che un matematico. Si può discutere del fatto che Galileo fosse convinto di avere prove inconfutabili del Copernicanesimo (dedicando parte del dibattito al significato stesso del termine “prova”, per lui e per noi) ma non si può negare che abbia cercato indizi per dimostrare che corrispondeva alla realtà e non solo a un espediente matematico. Galileo rifiutò che il Copernicanesimo fosse un’ipotesi in questo senso, e cercò di verificarlo in modo sperimentale. Quindi non si può certo accusare di aver tradito proprio il metodo di cui è stato il fondatore. Secondo il rapporto della Commissione, a differenza della “maggior parte” dei teologi, Bellarmino si era reso conto di quanto fosse alta la posta in gioco: pensava infatti che, di fronte alla possibile prova scientifica che è la Terra a girare intorno al Sole, si sarebbe dovuto “andar con molta consideratione in esplicare” ogni passaggio biblico che sembrasse affermare l’immobilità del nostro pianeta e “più tosto dire che non l’intendiamo, che dire che sia falso quello che si dimostra”. Le citazioni sono tratte dalla sua Lettera a Foscarini, da cui la Commissione trae due conclusioni che fanno sembrare Bellarmino uno dei teologi più rispettosi della scienza e di maggior apertura mentale. Sembra che Bellarmino sostenga che occorre essere cauti nella lettura dei riferimenti ai fenomeni naturali contenuti

nelle sacre scritture, perché potrebbero emergere prove scientifiche contrarie. Se ciò avviene, occorre reinterpretare le Scritture. Si noti che il primato epistemico è dato alle Scritture. Poiché Galileo non aveva prove inconfutabili del Copernicanesimo, l’interpretazione delle Scritture da parte dei teologi doveva rimanere in piedi, ma poteva sempre essere rivista. Ma questa è una presentazione corretta della posizione di Bellarmino? Il teologo intendeva veramente dire che finché non ci fossero state prove del movimento della Terra intorno al Sole occorreva essere cauti nell’interpretare le Scritture? No, quel che dice davvero è che se un giorno tali prove fossero emerse, allora i teologi avrebbero dovuto adottare una certa cautela nell’interpretare le Scritture. Se avesse davvero creduto nella possibilità di una dimostrazione del Copernicanesimo, perché non avrebbe suggerito di non prendere posizione, come avevano fatto i Cardinali Barberini e Caetani? E perché ha votato a favore dell’ingiunzione di Galileo nel 1616, che gli vietava di continuare la ricerca sul Copernicanesimo? A Galileo fu vietato proprio di cercare le dimostrazioni scientifiche che, secondo Bellarmino, avrebbero costretto i teologi a reinterpretare le Scritture.

Conclusioni Alla fondazione e durante i lavori della commissione, il caso di Galileo fu spesso descritto come “una sorta di mito” nato in seguito a “una tragica incomprensione reciproca”. Ho argomentato alcune delle incomprensioni che continuano a esistere. Il “mito” continua? I miti si basano sempre su avvenimenti reali. Nel caso Galileo i fatti storici sono che l’ulteriore ricerca sul sistema copernicano fu proibita dal Decreto del 1616 e poi condannata nel 1633 dagli organi ufficiali della Chiesa con l’approvazione dei Pontefici regnanti. Questa, e non “una tragica incomprensione”, diede vita al “mito”. Galileo era un rinomato scienziato mondiale: con la pubblicazione del Sidereus Nuncius fu riconosciuto come pioniere della scienza moderna. Aveva istigato ancora le controversie tra tolemaici e copernicani. L’evidenza dell’osservazione sfidava sempre di più la filosofia naturale aristotelica, che era il fondamento del geocentrismo. Anche qualora il Copernicanesimo venisse alla fine smentito, l’evidenza scientifica doveva essere comunque perseguita. A uno scienziato famoso come Galileo in quelle circostanze doveva essere permesso di continuare la sua ricerca, ma invece gli fu proibito ufficialmente dalla Chiesa. Sta proprio qui la tragedia.

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Tim McGuire/Corbis Fridmar Damm/Corbis

Lo sconosciuto

di Kim Stanley Robinson

Uno sguardo sulla vita e nei pensieri del primo scienziato della storia, Galileo Galilei, prima che diventasse l’iconico genio che tutti conosciamo.

All’improvviso Galileo sentì che aveva già vissuto questo momento, che era già stato lì. In piedi al mercato degli artigiani del venerdì, davanti all’Arsenale di Venezia, aveva già sentito uno sguardo su di lui e aveva guardato in alto, vedendo un uomo che lo fissava, uno sconosciuto alto, dal volto stretto e appuntito. Come l’altra volta (ma quale altra volta?) lo sconosciuto rispose allo sguardo di Galileo sollevando per un attimo il mento, poi gli venne incontro attraverso il mercato, passando cautamente tra i teli, i banchetti e le bancarelle affollate che erano sparse per tutto il Campiello del Malvasia. Il senso di dejà vu era così forte da dare a Galileo il capogiro, ma una parte della sua mente rimaneva abbastanza distaccata da chiedersi come poteva essere possibile percepire lo sguardo di qualcuno su di sé. Lo sconosciuto raggiunse Galileo, si fermò e fece un rigido inchino, porgendogli la mano destra. Galileo rispose all’inchino, prese la mano offerta e la strinse. Era stretta e lunga, come il viso dell’uomo. In un latino gutturale dall’accento stranissimo, lo sconosciuto gracchiò: “Siete voi Domino Si1

gnor Galileo Galilei, professore di matematica all’Università di Padova?” “Sono io. Voi chi siete?” L’uomo lasciò andare la mano. “Sono un collega di Giovanni Keplero. Lui e io abbiamo esaminato di recente uno dei vostri molto utili compassi militari.” “Sono lieto di sentirlo”, disse Galileo, sorpreso. “Io e il Signor Keplero ci scambiamo lettere, come probabilmente vi ha già detto, ma non mi ha scritto nulla in merito. Quando e dove vi siete incontrati?” “L’anno scorso, a Praga.” Galileo annuì. Nel corso degli anni la residenza di Keplero era variata in modi che non aveva nemmeno tentato di seguire. In effetti Galileo non aveva nemmeno risposto all’ultima lettera di Keplero, non essendo riuscito a finire il libro che l’accompagnava. “E da dove venite?” “Dall’Europa del Nord.” Alta Europa. Il latino dell’uomo era davvero curioso, diverso dalle parlate transalpine che Galileo aveva sentito. Esaminò l’uomo più attentamente, notando la sua notevole altezza e magrezza, il suo chinarsi, i suoi occhi vicini e

Lo sconosciuto

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“Tali calcoli sarebbero più semplici se si potessero vedere oggetti più lontani.” “Molte cose sarebbero più semplici.” “Sì. E ora è possibile.”

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decisi. Avrebbe avuto una barba fitta, ma la sua rasatura era perfetta. Indossava una giacca e un mantello scuri e costosi, così puliti che sembravano nuovi. La voce ruvida, il naso affilato, il viso stretto e i capelli neri lo facevano sembrare un corvo trasformato in uomo. Galileo percepì di nuovo l’inquietante sensazione che questo incontro fosse già avvenuto. Un corvo che parla a un orso... “Quale città, quale paese?” Galileo insisté. “Echion Linea. Vicino a Morvran.” “Non conosco queste cittadine.” “Viaggio molto.” Lo sguardo dell’uomo era fisso su Galileo come sul primo pasto dopo una settimana. “Di recente sono stato nei Paesi Bassi, ed è lì che ho visto uno strumento che mi ha fatto pensare a voi, per via del vostro compasso che, come ho detto, Keplero mi ha mostrato. Questo congegno olandese è una sorta di... vetro per vedere.” “Uno specchio?” “No. Un vetro attraverso il quale guardare. O meglio un tubo attraverso cui si guarda, con una lente di vetro a ogni capo. Fa sembrare le cose più grandi.” “Come una lente da gioielliere?” “Sì.” “Ma funziona solo per oggetti vicini.” “Questa funziona con oggetti molto lontani.” “Come è possibile?” L’uomo alzò le spalle. Che cosa interessante. “Forse è perché ci sono due lenti”, disse Galileo. “Erano concave o convesse?” L’uomo fece per parlare, esitò, poi alzò ancora le spalle. Il suo sguardo si fece così fisso che gli occhi quasi si incrociavano. Avevano l’iride marrone con qualche chiazza verde e gialla, come il canale di Venezia al tramonto. Infine disse “Non lo so.” Galileo non ne fu colpito. “Avete uno di questi

tubi con voi?” “Non con me.” “Ma ne avete uno?” “Non di quel tipo, ma sì. Ma non con me.” “E così avete pensato di parlarmene.” “Sì. Per via del vostro compasso. Abbiamo visto che, tra le sue varie applicazioni, si può usare per calcolare le distanze.” “Certo.” Una delle funzioni principali del compasso era valutare la gittata dei cannoni. Nonostante questo erano stati molto pochi i servizi di artiglieria e gli ufficiali che ne avevano acquistato uno. Trecentosette, per la precisione, nell’arco di dodici anni. Lo sconosciuto continuò: “Tali calcoli sarebbero più semplici se si potessero vedere oggetti più lontani.” “Molte cose sarebbero più semplici.” “Sì. E ora è possibile.” “Interessante”, disse Galileo. “Potete ripetermi il vostro nome, signor…?” L’uomo si guardò intorno, a disagio. “Vedo che gli artigiani si stanno preparando ad andar via. Vi sto trattenendo, e devo incontrare un uomo di Ragusa. Ci vedremo ancora.” Con un rapido inchino si girò, e costeggiando l’alto muro di mattoni del campiello si affrettò verso l’Arsenale, così che Galileo lo vide passare sotto l’emblema del leone alato di San Marco, che si allungava in bassorilievo sull’architrave dell’entrata della grande fortezza. Per un secondo sembrò che una bestia-uccello volasse sopra l’altra. Poi l’uomo girò l’angolo e scomparve. Galileo tornò a rivolgersi al mercato degli artigiani. Alcuni di loro se ne stavano effettivamente andando: piegavano i teli e mettevano via le loro merci in scatole e ceste tra le ombre del pomeriggio. Nei suoi quindici o vent’anni di consulenza per vari gruppi dell’Arsenale, aveva spesso fatto un salto al mercato del venerdì per vedere

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cosa c’era in mostra tra i nuovi strumenti e congegni, parti meccaniche e così via. Ora si aggirava tra volti familiari, muovendosi per abitudine. Ma era distratto. Sarebbe stata un’ottima cosa riuscire a vedere oggetti distanti come se fossero vicini. Gli vennero in mente subito molti utilizzi. Ovvi vantaggi militari, in effetti. Si fece strada verso il banco di uno dei produttori di lenti, canticchiando un motivo di suo padre che gli tornava in mente ogni volta che era a caccia di qualcosa. A Murano e Firenze ci sarebbero state lenti migliori: qui non trovò nient’altro che le solite lenti d’ingrandimento. Ne prese due, sollevandole fino a davanti l’occhio destro. Il leone di San Marco divenne una macchia avorio sfocata. Era un bassorilievo di scarsa qualità, vide con l’altro occhio, molto rudimentale rispetto alle consumate statue romane che stavano sotto di lui, a entrambi i lati del cancello. Galileo mise a posto le lenti sul tavolo e s’incamminò lungo la Riva San Biagio, dove attraccava uno dei traghetti per Padova. Lo splendore della Serenissima riluceva nell’ultima parte della giornata. Si sedette al suo solito posto lungo la riva, per riflettere. La maggior parte della gente ormai sapeva che doveva lasciarlo in pace quando era assorto nei suoi pensieri: s’infuriava, se veniva disturbato. La gente ancora gli ricordava la volta che aveva spinto nel canale un marinaio

reo di aver interrotto la sua solitudine. Una lente d’ingrandimento è convessa su entrambi i lati. Fa sembrare gli oggetti più grandi, ma solo fino a quando sono vicini, e Galileo ne sapeva qualcosa. I suoi occhi, spesso doloranti, negli ultimi anni avevano perso acume per le cose vicine. Stava invecchiando: era un vecchio rotondo e barbuto, senza più la vista di una volta. Una lente, soprattutto se ben molata, gli tornava sempre utile. Era facile immaginare un molatore che, intento nel suo lavoro, sollevasse due lenti mettendole l’una di fronte all’altra per vedere cosa succedeva. Si stupì di non averlo fatto prima lui stesso. Ma, come aveva appena scoperto, non succedeva poi molto. Non riuscì a capire subito perché, ma poteva studiare il fenomeno come suo solito. Per cominciare, poteva almeno guardare attraverso diversi tipi di lenti in combinazioni diverse, e vedere semplicemente cosa succedeva. Non c’era vento. L’equipaggio del traghetto remava lentamente lungo il Canale della Giudecca verso la laguna aperta. Gli insulti di rito del capitano contro i rematori tagliavano le urla dei gabbiani, come versi di Ruzante: femminucce, bambole di stracci, mia madre rema meglio di voi! “La mia di sicuro”, aggiunse Galileo sovrappensiero, come faceva sempre. Quella vecchia cagna aveva ancora due braccia da scaricatore di porto. Finché non era interve-

nuto lui, la volta che avevano litigato, le stava suonando di santa ragione a Marina; e Galileo sapeva molto bene che Marina non si tirava certo indietro quando c’era da fare a botte. Le aveva separate, con tutti che urlavano... Guardava il tramonto dal suo posto sulla prua del traghetto. C’erano stati anni in cui avrebbe passato la notte in città, solitamente al palazzo rosa di Sagredo, “l’Arca”, con la sua collezione di creature selvagge e le sue feste sguaiate. Ma ora Sagredo era ad Aleppo in missione diplomatica, e Paolo Sarpi viveva tra i muri di pietra di una cella da monaco, nonostante il suo incarico prestigioso, e tutti gli altri compagni di ventura di Galileo avevano cambiato città o abitudini notturne. No, quegli anni ormai erano passati. Erano stati anni buoni, anche se era spiantato (come lo era ancora, del resto). Lavorava tutto il giorno a Padova, e si divertiva tutta la notte a Venezia. Così per tornare a casa di solito prendeva la barca all’alba, e restava in piedi sulla prua con tra le orecchie il ronzio del vino e del sesso, le risate e il sonno. Quelle mattine il sole balzava sopra il Lido, dietro di loro, e si riversava sulle loro spalle illuminando il cielo e lo specchio della laguna, uno spazio semplice e chiaro come una buona dimostrazione: tutto era pulito, ben definito davanti agli occhi, splendente di promesse per un giorno che avrebbe potuto por-

tare qualsiasi cosa. Tornare a casa sull’ultima barca della giornata come ora, invece, era sempre come tornare al cuore dei problemi infinitamente ingarbugliati della sua vita. Più il cielo occidentale gli si infiammava davanti, più era probabile che il suo umore precipitasse. Di temperamento volatile, cambiava umore velocemente, e ogni istrionico tramonto rischiava di farlo schiantare come un pellicano che si tuffa nella laguna. Questa sera, tuttavia, l’aria era limpida e Venere in alto nel crepuscolo lapislazzulo, lucente come una specie di emblema. Galileo stava ancora pensando allo sconosciuto e alle strane notizie che aveva portato. Poteva essere vero? E se sì, perché nessuno se n’era accorto prima? Sbarcò sul molo lungo l’estuario e si avvicinò alla fila di carretti in partenza per la notte. Saltò sul retro di uno di quelli che andava a Padova, salutando il conducente e sdraiandosi sulla schiena per guardare le stelle saltellare sopra di lui. Quando il carretto superò via Vignali, vicino al centro di Padova, era ormai la quarta ora della notte, e le stelle erano oscurate dalle nuvole. Con un sospiro aprì il cancello che conduceva nel suo giardino, un grande spazio racchiuso dalla L formata dall’ampia e vecchia casa. Ortaggi, pergole per le viti, alberi da frutto: fece un respiro profondo per assorbire i profumi di questa parte della casa, la sua preferita, poi si fece forza e scivolò nel pande-

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Arsenale, Venezia

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... e finì per ripassare con loro le equazioni fondamentali... senza mai smettere di far saltellare Virginia sulle ginocchia...

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monio che c’era sempre all’interno. La Piera non era ancora entrata a far parte della sua vita, e nessuno prima di lei era mai riuscito a mantenere l’ordine.

“Maestro!” gridò uno degli artigiani più piccoli quando Galileo entrò nella grande cucina. “Mazzoleni mi ha picchiato!” Galileo gli diede uno schiaffo sulla testa, come per conficcare nel terreno una canna per i pomodori. “Sono sicuro che te lo sei meritato”, disse. “Niente affatto, maestro!” Il ragazzo si rimise in piedi senza timore e riprese a lamentarsi, ma non riuscì a concludere molto prima che uno stormo di studenti circondasse Galileo, implorandolo di aiutarli con un problema sul quale sarebbero stati interrogati il giorno dopo per il corso di fortificazioni all’università. Galileo si aprì la strada tra di loro verso la cucina. Non capiamo, gemevano a turno, anche se sembrava un problema semplice. “Pesi diseguali pendenti da distanze diseguali peseranno egualmente, ogni volta che dette distanze abbiano contraria proporzione di quella che hanno i pesi”, recitò, come aveva cercato di insegnar loro solo la settimana prima. Ma prima che potesse sedersi per decifrare le annotazioni del loro professor Mazzoni, Virginia si gettò tra le sue braccia per raccontargli con grande dettaglio come si era comportata male sua sorella minore Livia quel giorno. “Datemi mezz’ora”, disse agli studenti, prendendo in braccio Virginia e portandola con sé fino al lungo tavolo. “Sono molto affamato, e Virginia ha fame di

me.”Ma avevano più paura di Mazzoni che di lui, e finì per ripassare con loro le equazioni fondamentali, insistendo che trovassero la soluzione da soli, mentre mangiava gli avanzi della loro cena, senza mai smettere di far saltellare Virginia sulle ginocchia. Era leggera come un passerotto. Aveva cacciato di casa Marina cinque anni prima: per molti versi era stato un sollievo, ma ora stava solo a lui e alla servitù crescere le bambine e trovare loro un posto nel mondo. Le domande di ammissione prima del noviziato nei conventi vicini non erano state accettate, quindi dovevano ancora passare un po’ di anni. Altre due bocche, perse tra tutte le altre. Trentadue, per essere precisi. Era come un ostello boccaccesco, tre piani di camere tutte troppo piene, dove tutti dipendevano da Galileo e dal suo salario di cinquecentoventi fiorini l’anno. Certo, i diciannove studenti che ospitava pagavano una retta e una somma per vitto e alloggio, ma erano così voraci che per sfamarli andava quasi sempre in perdita. Ancora peggio: gli costavano tempo, e lui aveva fissato il prezzo dei compassi militari a cinque scudi l’uno, più venti per ricevere le istruzioni d’uso nell’arco di un periodo di due mesi presso la casa di via Vignali. Ma considerando quanto tempo gli costava, era ormai evidente che andava in perdita con ogni vendita. Il compasso non aveva davvero dato i risultati che aveva sperato. © Kim Stanley Robinson 2009, estratto da Galileo's Dream pubblicato con il permesso di HarperCollins Publishers UK.

Photoreport

Una marea di energia

fotografia di Alexis Rosenfeld

Le maree, che hanno ispirato innumerevoli miti e leggende, sono anche una fonte di energia alternativa promettente. Al momento perĂ˛ uno degli impianti maggiori al mondo, la centrale mareomotrice di Saint-Malo costruita negli anni sessanta, copre appena il 3% del fabbisogno energetico della Bretagna. Uno dei problemi che i ricercatori devono ancora superare Ă¨ lo sfasamento temporale, nellâ&#x20AC;&#x2122;arco della giornata, tra i picchi di domanda e la frequenza delle maree, prevedibile in base alle fasi lunari e solari.

Il gigante si sveglia: interferometria a Paranal

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Il gigante si sveglia: interferometria a Paranal

di Francesco Paresce

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La rete interferometrica dell’ESO situato sulla cima del Cerro Paranal in Cile ha visto la sua “prima luce” quando, usando due telescopi puntati sulla stella gigante α Hydrae, i due fasci sono stati convogliati verso la camera di collaudo VINCI dalla linea di ritardo per misurarne il diametro angolare con alta precisione. Questo evento ha segnato la nascita di una nuova facility astronomica che permette di osservare il cosmo nel visibile e infrarosso con una risoluzione angolare e una sensibilità mai raggiunte finora, aprendo un nuovo capitolo nell’esplorazione del nostro universo.

La cima del Cerro Paranal nel deserto dell’Atacama in Cile ospita i giganti dell’astronomia moderna: i quattro telescopi di 8 metri di diametro che formano il complesso del Very Large Telescope dell’ESO. Ma guardando bene la superficie della montagna dall’alto, si notano altre strutture che, a prima vista, non sembrano aver niente a che fare con i quattro telescopi del VLT. Queste sono, prima di tutto, il lungo tunnel di più di 120 metri di lunghezza che attraversa tutta la cima dal primo al quarto telescopio, poi le trenta basi circolari, disposte in file parallele ortogonali al tunnel centrale, ed infine un grande edificio centrale situato proprio al centro del complesso. Inoltre sembrerebbe quanto meno strana la disposizione del VLT lungo un arco ai bordi della cima, invece che tutti in linea più al centro. E poi, in fondo, perché quattro? Non ne bastavano uno o due? Viene quindi spontaneo domandarsi: tutto questo a cosa serve? La risposta è semplice: stiamo vedendo na-

scere la più grande rete interferometrica del mondo che, quando sarà terminata nei prossimi anni, ci darà la possibilità di vedere oggetti con una risoluzione angolare dell’ordine di 1 millisecondo d’arco. Per contestualizzare questa cifra, possiamo pensare che, negli ultimi secoli, siamo passati dalla risoluzione angolare dell’occhio nudo (1 minuto d’arco circa) a quella del primo telescopio di Galileo nel Seicento (5 secondi d’arco) a quella del Hubble Space Telescope lanciato nello spazio nel 1990 (0,04 secondi d’arco): un bel fattore 2.000, in meno di 400 anni. Eccezione fatta per il HST, che osserva sopra l’atmosfera, tutti i telescopi a terra soffrono però una perdita significativa di risoluzione angolare rispetto a quella teorica limite dovuta alla diffrazione del telescopio: tale perdita è dovuta alla turbolenza atmosferica che dà luogo al famoso “seeing”. Oggi questa perdita può essere ridotta notevolmente con l’uso della tecnica dell’ottica adattiva (AO), sebbene solo per campi visivi piut-

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tosto ristretti (dell’ordine del minuto d’arco al massimo nel visibile) e, comunque, solo per seeing già in partenza molto favorevoli. Per tutti questi anni, dunque, gli astronomi hanno perseguito la doppia strategia di aumentare sempre di più sia la risoluzione sia la sensibilità dei loro strumenti per vedere sempre più lontano nello spazio (e quindi indietro nel tempo) con la massima nitidezza. Dato che l’efficienza di raccolta della luce proveniente da una sorgente astronomica aumenta con il quadrato del diametro D del telescopio e la risoluzione angolare diminuisce come 1/D, la soluzione più semplice del problema è sempre stata quella di aumentare sempre più il diametro dei telescopi. Benché questa soluzione fosse l’ideale in termini di sensibilità non lo era tanto per la risoluzione che era, fino a poco tempo fa, sempre limitata dall’atmosfera. Quindi, a terra almeno, il progresso in questo parametro risiedeva e risiede tuttora soprattutto nel controllo rigoroso del seeing mediante vari accorgimenti tecnici e sopratutto nel porre il telescopio in un buon sito (California, Hawaii,

Cile ecc.). A parte la possibilità, almeno in linea di principio, di costruire un telescopio di 100 o 200 metri di diametro, sono solo due in modi in cui si può superare il corrente tetto della risoluzione angolare nell’ottico/infrarosso corrispondente a un telescopio di circa 10 metri a terra (tra 0,05 e 0,1 secondi d’arco con un buon sistema AO), mantenendo il vantaggio di una grande apertura: collocare il telescopio nello spazio (come con il HST e il nuovo NGST, che tuttavia con i suoi 6 metri di diametro non potrà superare 0,02 secondi d’arco di risoluzione), oppure ricorrere all’interferometria a sintesi d’apertura, come con il VLTI e l’interferometro del Keck. Queste tre reti (in inglese arrays) raggiungeranno e oltrepasseranno nel visibile la mitica soglia di 0,001 secondi d’arco (il millisecondo d’arco o mas) e, punto cruciale, permetteranno di raggiungere sorgenti molto deboli grazie all’uso dei grandi telescopi di 10 metri del Keck per il KIIA, dei quattro 8 metri VLT per il VLTI e dei due 8,4 metri del LBT. Una volta raggiunta questa soglia, i tre interferometri si troveranno veramente sulla “cima” della montagna e potranno essere superati solo da possibili super-array fu-

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turi di telescopi posti a chilometri di distanza l’uno dall’altro. Ma come si ottiene in pratica questo quasi incredibile livello di rendimento in barba, sembrerebbe a prima vista, alle leggi più elementari dell’ottica? Non avendo la possibilità, per adesso almeno, di coprire tutta la superficie del Cerro Paranal con un unico specchio di quasi 200 metri di diametro che ci darebbe immediatamente la risoluzione desiderata, almeno in teoria (sopratutto se sapessimo come correggere l’effetto perturbativo atmosferico su una superficie così vasta), siamo costretti a rivolgerci a un noto “trucco” dell’ottica già proposto nell’Ottocento, pare, da Fizeau per primo. Per quanto riguarda almeno la risoluzione angolare, non ci sarebbe veramente bisogno di raccogliere ogni singolo fotone che cade all’in-

terno di tale apertura di 200 metri. Basta infatti catturarne un gruppetto rappresentativo, e cioè un campione che permetta di ricostruire a poco a poco la struttura spaziale essenziale dell’oggetto osservato dalla scala angolare più piccola data principalmente dai punti più lontani, situati ai bordi della montagna a circa 200 metri di distanza, a quella più grande data dai punti più centrali. Questa dunque è la sintesi dell’apertura. In effetti, un telescopio monolitico fa la stessa cosa ma con una copertura continua e simultanea su tutta l’apertura. C’è solo una differenza, purtroppo assai significativa, che rende il “trucco”, come molti trucchi d’altronde, impegnativo da mettere in pratica correttamente. Questa differenza nasce dal fatto che i fasci devono arrivare tutti in fase al fuoco del telescopio perché le cose funzionino come devono (e cioè possano interferire tra loro per

dare luogo alla famosa funzione di Airy). Nel caso del telescopio monolitico, questa condizione è assicurata dalla figura dello specchio, che è tale da far arrivare ogni fotone dalla stessa sorgente al fuoco attraversando quasi esattamente lo stesso percorso ottico. Nel caso dell’array che non riempia completamente l’apertura, i fotoni che arrivano da ciascun telescopio non possono fisicamente compiere esattamente lo stesso percorso per arrivare a un fuoco, a meno che la stella non si trovi esattamente allo zenit.

tico dei due fasci sia il più identico possibile nei due “bracci” dell’interferometro, e l’altro per poter controllare indipendentemente la posizione della pupilla al centro del tunnel. Il risultato di tutto questo andirivieni, non appena la condizione di ZOPD sia soddisfatta, è la comparsa, nel laboratorio di combinazione al centro della rete, di frange d’interferenza ossia di un alternarsi di regioni scure e illuminate.

La cosiddetta OPD (Optical Path Difference) tra i due fasci è dovuta all’inclinazione dell’onda in arrivo rispetto alla linea base (baseline) che collega i due telescopi. Per ottenere quindi la condizione necessaria per l’interferenza costruttiva dei due fasci – la cosiddetta Zero OPD (ZOPD) – bisogna introdurre in qualche modo un ritardo nel fascio proveniente dal telescopio più lontano per “aspettare” quello più veloce, in modo che, nel laboratorio centrale dove si combinano finalmente i fasci, la OPD sia azzerata.

Il punto fondamentale di questa tecnica risiede nel fatto che la precisa posizione, ampiezza e contrasto di queste frange portano in sé informazioni vitali sulla struttura angolare della sorgente osservata. Informazioni tali da rivelare la struttura spaziale della sorgente nella direzione della linea di base a una risoluzione angolare non più dettata dalle caratteristiche dei singoli telescopi nella rete, ma semplicemente dalla distanza tra i telescopi. In linea di principio questa distanza è limitata solo dallo spazio fisico a disposizione dei telescopi, che nel caso di Paranal corrisponde appunto a 200 metri circa.

Questa funzione cruciale si può effettuare con un telescopio mobile retro-riflettore la cui posizione è comandabile continuamente in modo da ottenere per qualunque posizione dell’oggetto in cielo la condizione di ZOPD. Ovviamente, dato che l’oggetto cambia posizione continuamente durante il tempo di osservazione, questo sistema, detto “linea di ritardo” (Delay Line), deve spostarsi costantemente secondo una traiettoria ben precisa. In pratica, si preferisce generalmente usare due linee di ritardo invece di una per due motivi: il primo per ragioni di simmetria, e cioè per assicurarsi che il percorso ot-

Quindi, in pratica, per quanto riguarda la risoluzione angolare è come se avessimo costruito un telescopio di 200 metri di diametro con molti telescopi relativamente piccoli sparsi qua e là sulla cima della montagna. Il grosso vantaggio è ovviamente che questo congegno, che sfrutta appieno la presenza dei quattro telescopi giganti di 8 metri già esistenti e funzionanti (e di almeno altri tre telescopi mobili più piccoli, del diametro di 1,8 metri), costa assai meno di quanto costerebbe costruire un telescopio monolitico gigante di 200 metri di diametro (ammesso che lo sapessimo costruire, cosa non affatto trascurabile!).

Cerro Paranal, Cile, Il cielo stellato sopra all’osservatorio Las Campanas © Roger Ressmeyer/Corbis 1—2

Rushing Past Galaxies Toward the Milky Way © Smithsonian Institution; digitally enhanced by Roger Ressmeyer/Corbis 3

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Sotto il sole di Archimede

di Marco Cattaneo

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Cinquantaquattro specchi lunghi 100 metri ciascuno; 31.000 metri quadrati di superficie attiva; 5 Megawatt di potenza equivalente per generare quasi 10 gigawattora all’anno; 6200 tonnellate all’anno di anidride carbonica non immesse in atmosfera; 2000 tonnellate equivalenti di petrolio all’anno risparmiate. Sono le nude cifre del progetto Archimede, il primo impianto solare termico a concentrazione che nella seconda metà del 2010 entrerà in funzione presso la centrale a gas a ciclo combinato Enel di Priolo Gargallo. Frutto di una collaborazione tra Enel ed Enea – l’Ente per le nuove tecnologie, l’energia e l’ambiente – e sviluppato da una rete di piccole e medie aziende italiane con una spiccata propensione all’innovazione, Archimede è il più avanzato progetto del mondo nel promettente settore dell’energia solare a concentrazione termica. Talmente promettente che un consorzio di aziende tedesche sta già pensando a un megaprogetto da 400 miliardi di euro per coprire di impianti solari ampie superfici desertiche nel Nord Africa.

D’altra parte quella del solare termico a concentrazione è storia che arriva da lontano. I primi impianti sperimentali furono costruiti in California e nel Nevada negli anni ottanta, e sono ancora in funzione. Dimenticata per un paio di decenni, questa tecnologia è tornata di interesse in anni recenti, quando la Spagna ha cominciato a finanziare la costruzione di grandi impianti alla periferia di Siviglia e di Granada. Il progetto Archimede ha però caratteristiche che lo rendono molto competitivo rispetto alle centrali già in funzione. Un impianto solare termico a concentrazione è costituito da una serie di specchi che concentrano appunto la luce solare su un volume dove scorre un fluido che, scaldandosi a temperature di diverse centinaia di gradi, aziona la turbina di una centrale convenzionale, producendo elettricità. Doveroso omaggio allo scienziato sicracusano che per primo sfruttò la capacità degli specchi di concentrare la luce solare, Archimede è costituito da specchi

parabolici che concentrano la radiazione su un tubo al cui interno scorre un fluido di sali fusi che può essere portato fino a 550-600 gradi Celsius, per poi restituire il calore alla turbina con un rendimento del 16-17 per cento. I vantaggi? Presto detto: grazie alla particolare scelta dei sali la temperatura operativa è più alta e il rendimento nominale maggiore di quello degli impianti già esistenti. E poi quegli stessi sali saranno usati per accumulare il calore anche per 10 ore (contro le 7, per esempio, dell’impianto di Granada), continuando a produrre elettricità anche di notte e in condizioni di scarsa insolazione. I lavori di allestimento dell’impianto sono ormai in fase avanzata, e tra pochi mesi potremo assistere all’avvio di un gioiello dell’innovazione italiana, che per una volta ci metterà in prima linea in un settore di grande attualità, offrendo alle aziende che partecipano all’impresa una tecnologia potenzialmente esportabile su larga scala. Non ci resta che aspettare, dunque, di veder splendere il sole di Archimede.

Illustrazione 3D di Giuseppe Di Dio e Giuseppe Gullotta

Abbecedario dell’universo

E=mc2

Acceleratori di particelle

Astri

Big Bang

Cosmo

Dimensioni

Elettrone

Strumenti che riescono a fornire a nuclei e particelle elementari energie elevate, portandoli a velocità vicinissime a quella della luce... come avviene nel cosmo, in vicinanza di grandi onde d’urto magnetiche prodotte da fenomeni catastrofici come le esplosioni delle stelle. Il più grande acceleratore è attualmente in funzione al Cern di Ginevra.

Oggi sappiamo che quei puntini luminosi che vediamo nel cielo possono essere singole stelle oppure intere galassie...

L’inizio di tutto, la nascita dell’universo... i dati osservativi ci dicono che in passato l’universo era più caldo e più denso di ora: ipotizzando di tornare indietro nel tempo si arriva a un momento, circa 14 miliardi di anni fa secondo le stime più recenti, in cui temperatura e densità erano così alte da non essere descrivibili dalla fisica che conosciamo.

L’insieme di tutti i corpi celesti, spesso considerato sinonimo di universo.

Il nostro spazio ne ha tre: sono le coordinate che ci permettono di definire la nostra posizione nell’universo, il “dove”. Ma per descrivere cosa accade abbiamo bisogno anche di un “quando”, il tempo. Einstein ha mostrato che il “dove” e il “quando” non sono completamente indipendenti: il fatto che la luce abbia una velocità finita e insuperabile lega in modo profondo spazio e tempo. Ecco perché parliamo di quattro dimensioni, lo spazio-tempo.

Particella elementare, fra le prime a essere scoperte, dotata di carica elettrica negativa.

Antimateria

Versione speculare della materia di cui siamo formati, tipicamente composta da particelle dotate della stessa massa ma di carica opposta a quella “normale” (ad esempio l’antielettrone, o positrone, ha carica elettrica positiva, mentre l’elettrone ce l’ha negativa).

Atomo

Componente fondamentale della natura, formato da un nocciolo carico positivo formato da protoni e neutroni (il nucleo), circondato da un numero di elettroni tale da renderlo neutro. Neutroni, protoni ed elettroni appartengono alla vasta famiglia delle particelle elementari. La maggior parte della materia dell’universo è formata da atomi a cui sono stati “strappati”, in tutto o in parte, gli elettroni (il risultato sono i “nuclei ionizzati”).

Buco nero

Qualunque oggetto dotato di massa è sottoposto alla forza di gravità, che tende ad attrarre le sue parti verso il centro, comprimendolo. Quando la massa è molto grande, l’attrazione gravitazionale prevale e non c’è nulla che freni la materia, che precipita all’interno della buca gravitazionale che essa stessa ha creato.

Raggi cosmici

Forma di radiazione costituita da particelle elementari, per lo più dotate di carica elettrica. La maggior parte proviene dalla nostra galassia, ma quelli di energia più elevata probabilmente sono prodotti da eventi catastrofici in galassie lontane. Gli acceleratori costruiti dall’uomo probabilmente non raggiungeranno mai lo stesso livello di energia di queste particelle.

Energia

Capacità dei corpi (macroscopici o microscopici) di produrre lavoro. Può assumere molte forme (calore, cinetica, magnetica, elettrica, gravitazionale, ecc.), ma la cosa importante è che si conserva. La relatività ci dice che anche i corpi fermi possiedono energia per il semplice fatto che hanno una massa, (la famosa relazione E=mc2, dove c è la velocità della luce). Con una certa estensione di linguaggio si parla anche di “energia del vuoto”, concetto introdotto dalla meccanica quantistica per spiegare alcune proprietà dello spaziotempo in cui viviamo.

300 000 Km/s

Frequenza

Galassie

Inflazione

Lampi gamma

Velocità dalle luce

Massa inerziale

Nebulosa

Neutrino

Numero di ripetizioni di un fenomeno periodico in un’unità di tempo. Per un’oscillazione o un’onda, l’inverso della frequenza corrisponde alla lunghezza d’onda. Per la luce visibile, la frequenza è legata al colore. La meccanica quantistica associa una lunghezza d’onda anche alle particelle di materia, secondo una precisa relazione fra energia e frequenza.

Mattoni fondamentali dell’universo, sono costituite da stelle (fino a centinaia di miliardi!) e tenute insieme dalla gravitazione. Probabilmente sono immerse nella materia oscura, che ne determina l’evoluzione gravitazionale.

Questo termine “inflazionato” (in realtà una brutta traduzione dall’inglese) sta per “gonfiamento” o rapidissima espansione dell’universo appena nato, a velocità addirittura superiore a quella della luce, pur senza violare le leggi della relatività! Senza l’inflazione la teoria del Big Bang presenterebbe terribili problemi. L’inflazione dura un tempo estremamente breve ma alla sua fine lascia un universo molto simile a quello che vediamo ora.

Detti anche “gamma ray burst”, sono i fenomeni più energetici del nostro universo. Scoperti negli anni settanta da satelliti militari, la loro natura comincia a essere compresa solo ora: probabilmente sono esplosioni di stelle supermassicce (ipernovae), o il risultato dello scontro di stelle di neutroni o buchi neri.

Solitamente indicata con la lettera c, è la massima velocità raggiungibile dagli oggetti nel nostro universo (particelle comprese). Un raggio luminoso impiega un certo tempo a percorrere una certa distanza (ad esempio impiega 8 minuti per arrivare dal Sole alla Terra), quindi osservando oggi corpi astronomici molto lontani, di fatto, viaggiamo indietro nel tempo.

Proprietà di un corpo che ne determina il moto quando sottoposto a forze.

Ammasso di gas, generalmente illuminato da una o più stelle. Fino agli inizi del Novecento il termine era però usato per descrivere qualunque oggetto celeste che apparisse “nebuloso”: ad esempio la nebulosa di Andromeda, la galassia a noi più vicina e l’oggetto più distante visibile a occhio nudo, lontano 3 milioni di anni luce, composto da miriadi di stelle.

Particella elementare con la massa più piccola, priva di carica elettrica ed estremamente penetrante. Ne esistono tre tipi che possono tramutarsi l’uno nell’altro tramite il fenomeno delle oscillazioni. Costituisce una delle componenti fondamentali dell’universo e rappresenta una (piccola) parte della materia oscura. Le stelle ne producono in abbondanza, e anche il nostro Sole è già stato “neutrinografato”.

Fotoni

Particelle, anche dette “quanti” di luce, con massa pari a zero. Come tutte le particelle elementari possono essere descritti in maniera complementare sia come onda sia come particelle. Le proprietà particellari della luce sono più evidenti a energie più elevate (lunghezze d’onda ridotte).

Gravità

La famosa mela di Newton ne descrive bene gli effetti fondamentali: agisce su tutto quanto è contenuto nell’universo ed è sempre attrattiva, costringendo i corpi a muoversi l’uno verso l’altro. È la forza fondamentale che plasma la forma delle galassie, ma oggi sappiamo che a grandissime distanze compete con l’effetto repulsivo dovuto all’energia oscura...

Mm Nn

Anno luce

Unità di misura pari alla distanza percorsa dalla luce in un anno, nel vuoto. Ad esempio, il Sole dista 8 minuti luce dalla Terra, mentre il raggio dell’universo visibile è di circa 14 miliardi di anni luce. Nell’uso più recente l’anno luce è stato sostituito dal “parsec”, pari a 3,26 anni luce.

Massa gravitazionale

Proprietà di un corpo che determina l’intensità con cui agisce la forza gravitazionale.

Neutrone

Particella elementare priva di carica elettrica.

u d

Oo Stella di neutroni

Nuclei galattici

Uno dei possibili risultati che si ottengono dopo la morte esplosiva (supernova) di una stella con una massa pari ad almeno dieci volte il nostro Sole (l’altro è un buco nero, a seconda del livello di compressione del nucleo stellare durante l’esplosione). La densità e l’attrazione gravitazionale di una stella di neutroni sono talmente elevate che un oggetto cadendo da una quota di un metro sulla sua superficie arriverebbe quasi alla velocità della luce prima di schiantarsi.

Zona centrale delle galassie. Oggi si sa che moltissime galassie, compresa la nostra, contengono giganteschi buchi neri al loro centro. In alcune galassie sono particolarmente attivi e divorano intere stelle a ritmo elevato: in questo caso vengono chiamati nuclei galattici attivi e sono sede di fenomeni di produzione di elevatissime quantità di energia.

Onde gravitazionali

Materia oscura

Energia oscura

Particelle elementari

Quark

Relatività speciale e generale

Gli oggetti di grande massa (come stelle o buchi neri) deformano lo spazio-tempo e, in particolari situazioni (ad esempio quando due buchi neri si scontrano), le deformazioni prodotte assumono la forma di vere e proprie onde, come quelle nell’acqua prodotte da un sasso. Si tratta di onde estremamente deboli e difficilissime da rivelare, ma che fanno cambiare i metri e gli orologi stessi che usiamo per misurare!

Anche se ne sappiamo ancora molto poco, sappiamo che contribuisce all’energia dell’universo almeno cinque volte più della materia normale. Se è composta di particelle elementari, necessariamente più elusive dei neutrini, queste potrebbero essere rivelate nello studio delle componenti rare dei raggi cosmici, grazie all’acceleratore Lhc del Cern di Ginevra o ai laboratori sotterranei come quello del Gran Sasso.

Difficile da definire, sapendone così poco! Quel che si sa per ora è che costituisce il 73% della materia e dell’energia dell’universo (il 27% rimanente pare essere composto di materia, normale e oscura) e che, al contrario della forza di gravità, è repulsiva. Einstein dichiarò di aver commesso il più grande errore della sua vita quando ci si “avvicinò” inventando la costante cosmologica...

Scoperte nella radiazione naturale e nei raggi cosmici all’inizio del Novecento, costituiscono i mattoni fondamentali della materia. Le più comuni sono gli elettroni e i quark, di cui sono formati protoni e neutroni, ma oggi sappiamo che ne esistono tre famiglie, ciascuna formata da due tipi di quark, un tipo di elettrone e un tipo di neutrino.

Parte costitutiva fondamentale della materia, impossibili da osservare individualmente. Non si può escludere che siano a loro volta composti da particelle ancora più elementari, ma non sembra probabile.

Teorie formulate da Einstein nel 1905 e nel 1923, che hanno radicalmente modificato la nostra idea del mondo fisico. La teoria della relatività speciale prevede, tra l’altro, che spazio e tempo siano correlati (oggi si parla infatti di “spaziotempo”) e relativi al moto di chi li misura. La teoria della relatività generale descrive la struttura dello spaziotempo come plasmata dalla materia che vi abita, attraverso la gravità.

Protone

Particella elementare dotata di carica elettrica positiva, costituente fondamentale del nucleo atomico e responsabile, insieme al neutrone, di quasi tutta la massa degli atomi.

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Spazio

Supernova

Tempo

Universo

Fino a un secolo fa, era considerato il teatro immutabile in cui avvengono (nel tempo) i fenomeni. Ma la teoria della relatività (speciale e generale) ha cambiato tutto questo, e il modello del Big Bang prevede che spazio e tempo siano nati insieme a tutto il resto...

Esplosione di una stella, che avviene quando la forza gravitazionale prende il sopravvento sulla pressione della radiazione emessa con le sue reazioni termonucleari. A volte rende la stella più luminosa di tutta la galassia che la contiene e fa disperdere nell’universo una gran quantità degli stessi elementi di cui siamo composti. Allo stesso tempo viene emessa una enorme quantità di neutrini (nel 1987 i neutrini emessi nell’esplosione di una supernova in una galassia satellite della nostra sono stati rivelati dagli osservatori neutrinici allora in funzione).

Dimensione nella quale si concepisce e si misura il trascorrere degli eventi, è unito allo spazio nel concetto di spazio-tempo nella teoria della relatività.

Letteralmente, tutto quello che esiste. La sua definizione è cambiata profondamente nel corso dell’ultimo secolo e oggi fa riferimento a un oggetto in evoluzione, descritto dalle leggi della relatività generale. Negli ultimi decenni ci sono state molte speculazioni sul fatto che l’universo che conosciamo non sia unico, ma faccia parte di un insieme di universi chiamato “multiverso”.

Stelle

Popolano le galassie e, quelle della Via Lattea, illuminano la nostra volta celeste. Sono sfere di gas, principalmente idrogeno, che la gravità tende a comprimere. L’energia sviluppata da processi nucleari (fusione) le sostiene per milioni o miliardi di anni, evitando che diventino buchi neri, e fornisce energia all’ambiente circostante. È la stella a noi più vicina, il Sole, a permettere la vita sulla Terra.

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Galileo nell’Inferno di Dante

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Galileo nell’Inferno di Dante

Nel 1587 un giovane erudito di belle speranze, di nome Galileo Galilei, teneva Due lezioni all’Accademia fiorentina circa la figura, sito e grandezza dell’Inferno di Dante1. Questo serissimo lavoro è in realtà un saggio di esegesi letteraria commissionato a Galileo in virtù della sua incipiente notorietà. Il giovane colse l’occasione per vedere riconosciute le proprie competenze matematiche: eccellente operazione promozionale per un ambizioso di ventiquattro anni che avrebbe presto ottenuto la cattedra di matematica presso l’Università di Pisa. Dopo avere pubblicato le prime opere scientifiche (De Motu e La bilancetta), Galileo vuole mostrare che la fisica matematica non consiste soltanto di calcoli efficaci dal punto di vista tecnico, ma può dare un contributo ai dibattiti culturali più nobili, acquisendo così uno statuto intellettuale paragonabile a quello delle materie umanistiche classiche2. Infatti gli accademici fiorentini chiedono a Galileo di risolvere una controversia letteraria riguardo l’interpretazione dell’Inferno di Dante. Nel 1506 era stata pubblicata una descrizione, firmata dal fiorentino Antonio Manetti, della geografia e della geometria dell’Inferno così come erano state descritte da Dante (in modo spesso oscuro).

di Jean-Marc Lévy-Leblond

Chiamato a risolvere le controversie sulla reale geografia dell’Inferno di Dante, Galileo usa la scienza per dirimere una questione letteraria molto discussa al suo tempo. Sbaglia, in realtà, ma forse anche da questo errore trae ispirazione per i Discorsi, considerati il suo testamento scientifico...

Si trattava in particolare di valutare l’attendibilità delle rappresentazioni figurative proposte da Botticelli negli anni novanta del Quattrocento in una sontuosa edizione illustrata che seguiva i primi schizzi di Giuliano da Sangallo. Le illustrazioni si basavano su dimensioni in cifre esplicite tratte dal testo di Dante attraverso calcoli complessi e che, per i circoli intellettuali di un’epoca per la quale La Divina Commedia costituiva un 1

punto di riferimento fondamentale, dovevano essere accuratamente stabilite. Ma nel 1544 Alessandro Velutello, di Lucca, città rivale di Firenze, pubblicò una critica severa all’opera di Manetti e propose una descrizione molto diversa dell’Inferno. Galileo fu chiamato a dirimere la questione dibattuta; lo fece, in modo alquanto prevedibile, in favore del fiorentino Manetti. Ovviamente né all’inizio del quindicesimo secolo per Manetti e Velutello e i loro lettori, né alla fine dello stesso secolo per Galileo e i suoi ascoltatori, si trattava in alcun modo di prendere sul serio la descrizione di Dante dal punto di vista teologico. L’importanza della Divina Commedia nell’ambito della cultura toscana rendeva evidente la necessità di commentarla e di comprenderla in tutti i suoi aspetti – compresi quelli topografici – in modo da renderne più agevole la complessa lettura3. Galileo sceglie con cura e commenta i versi di Dante chiamati in causa, cominciando con il confermare la descrizione di Manetti: l’Inferno è una cavità conica il cui vertice si trova al centro della Terra, e il cui asse, a livello della superficie, è posto in corrispondenza di Gerusalemme (ovviamente…); il cerchio che ne è alla base ha un diametro uguale al raggio della Terra4, e ciò equivale a dire che, in una sezione centrale della Terra che passa per l’asse del cono, il settore infernale occupa un sesto dell’area del disco. Qualcuno, non ferrato in geometria tridimensionale, potrebbe dunque pensare che la medesima proporzione valga per i volumi. A questo punto Galileo chiama in causa le proprie conoscenze: Ma volendo sapere la sua grandezza rispetto a tutto l’aggregato dell’acqua e della terra, non dovia-

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mo già seguitare la opinione di alcuno che dell’Inferno abbia scritto, stimandolo occupare la sesta parte dello aggregato; però che, facendone il conto secondo le cose dimostrate da Archimede ne i libri Della sfera e del cilindro, troveremo che il vano dell’Inferno occupa qualcosa meno di una delle 14 parti di tutto l’aggregato: dico quando bene tal vano si estendessi sino alla superficie della terra, il che non fa; anzi rimane la sboccatura coperta da una grandissima volta della terra, nel cui colmo è Jerusalem, ed è grossa quanto è l’ottava parte del semidiametro. I trattati di Archimede erano molto poco noti, allora, e facevano parte dei testi matematici eruditi che i commentatori precedenti di Dante, letterati puri, non potevano conoscere. È interessante verificare rapidamente le stime di Galileo con l’aiuto delle espressioni algebriche che oggi abbiamo a disposizione (che però continuano a essere di livello universitario5). Galileo, nel commento proposto, non si presenta solo come matematico e chiama in causa anche le proprie conoscenze fisiche. A questo titolo pronuncerà una critica volta a stroncare i commenti di Velutello. Quest’ultimo, in effetti, concepiva i gradini successivi dell’Inferno come porzioni di un cilindro con le pareti parallele all’asse comune. Galileo fa giustamente notare che tali pareti non sono affatto verticali, poiché, per essere tali, do-

vrebbero essere generate da un raggio che passa al centro della Terra: in due punti distanti, le direzioni delle verticali locali non sono parallele ma convergenti. Così, le falesie che delimitano tali gradini cilindrici sono di fatto oblique rispetto alla verticale e con uno strapiombo pronunciato, dunque assolutamente instabili. Ponendo [Velutello] che il burrato si alzi su con le sponde equidistanti tra di loro, si troveranno le parti superiori prive di sostegno che le regga, il che essendo, indubitatamente rovineranno: perciò che essendo che le cose gravi, cadendo, vanno per una linea che dirittamente al centro le conduce, se in essa linea non trovano chi le impedisca e sostenga, rovinano e caggiono. Sicché Galileo aveva già in mente il problema della caduta dei corpi anche quando leggeva Dante! In realtà, ironicamente, la critica di Galileo è invalidata dagli sviluppi successivi della fisica. In effetti, la teoria della gravitazione di Newton dimostra che l’accelerazione di gravità è diretta verso il centro della Terra soltanto nel caso in cui quest’ultima sia una sfera piena (o, comunque, presenti una simmetria sferica). L’esistenza di una cavità eccentrica di proporzioni notevoli, come l’Inferno dantesco, modifica considerevolmente il campo di gravitazione interna. Il calcolo che Galileo, come è ovvio, non poteva effettuare, mostra quindi che l’ipotesi in-

genua di Velutello è più vicina alla realtà di quanto non lo sia la teoria di Galileo…6 Infine, Galileo chiama in causa la resistenza dei materiali, come sperimentatore, per rispondere alle obiezioni sollevate contro l’esistenza della volta che copre l’Inferno: Sì come alcuni hanno sospettato, non par possibile che la volta che l’Inferno ricuopre, rimanendo sì sottile quant’è di necessità se l’Inferno tanto si alza, si possa reggere, e non precipiti […], oltre al rimanere non più grossa dell’ottava parte del semidiametro […]. Al che facilmente si risponde, che tal grossezza è suffizientissima: perciò che, presa una volta piccola, fabricata con quella ragione, se arà di arco 30 braccia, gli rimarranno per la grossezza braccia 4 in circa, la quale non solo è bastante, ma quando a 30 braccia di arco se gli desse un sol braccio, e forse 1/2, non che 4, basteria a sostenersi. Il paragone tra la calotta dell’Inferno e una volta in muratura utilizzato da Galileo rimanda senza alcun dubbio ai rapporti tra la struttura dell’Inferno di Dante e l’architettura della celebre cupola del Duomo di Firenze progettata da Brunelleschi, che ebbe un ruolo emblematico nel Rinascimento7. Ma se questa analogia ha un senso culturale profondo, il suo valore scientifico è nullo: una volta gigantesca come quella dell’Inferno, se avesse le medesime proporzioni geometriche di una piccola volta in muratura,

non sarebbe di certo altrettanto solida. Alla luce delle concezioni moderne sull’accelerazione di gravità e la resistenza dei materiali, la copertura dell’Inferno sarebbe ineluttabilmente destinata a crollare. Infatti, la resistenza di una volta aumenta come l’area della sua sezione mentre il suo peso varia in rapporto al suo volume. Se tutte le dimensioni sono moltiplicate per un medesimo fattore di scala, per esempio 10, il peso sarà moltiplicato per 1000, ma la resistenza al crollo soltanto per 100; sarebbe, in proporzione, 10 volte più fragile. Dunque esiste necessariamente un limite alla solidità di una struttura ottenuta attraverso il semplice cambiamento di scala a partire da una struttura solida più piccola8. E nel caso della volta dell’Inferno paragonata alla piccola volta in muratura presa in considerazione da Galileo, in cui il fattore di scala è di svariate centinaia di migliaia, il limite è ovviamente superato, e di molto. Ma questo tipo di argomentazione è stato dimostrato e sviluppato… da Galileo stesso, nei Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze9. Qui arriviamo a un nodo cruciale per quanto riguarda le Lezioni e il loro ruolo nello sviluppo del pensiero di Galileo. In effetti è decisamente verosimile che lo scienziato abbia presto compreso il proprio errore di ragionamento, derivato da una concezione pura-

1–3 Duomo di Santa Maria del Fiore, Firenze

Galileo nell’Inferno di Dante

Si può anche avanzare la congettura che Galileo, nel comprendere il proprio errore, abbia subito un vero e proprio choc psicologico.

mente geometrica, che non tiene conto delle leggi di scala riguardanti le proprietà fisiche della materia. E la presa di coscienza di questo errore sarebbe stata all’origine dei suoi lavori sulla resistenza dei materiali, esposti nei Discorsi. Questa tesi, proposta da Mark Paterson10, si basa su argomentazioni serie. Il fatto che Galileo abbia inteso molto presto il carattere fallace dei cambiamenti di scala considerati nelle Lezioni sull’Inferno spiegherebbe in particolare la discrezione, per non dire la reticenza, dimostrata quasi immediatamente riguardo a tale lavoro. Lo scienziato ha sicuramente riservato a tali questioni riflessioni intense tra il 1590 e il 1600. Si può anche avanzare la congettura che Galileo, nel comprendere il proprio errore, abbia subito un vero e proprio choc psicologico, di cui si trova eco nei Discorsi: Sagredo: Io già mi sento rivolgere il cervello, e, quasi nugola dal baleno repentinamente aperta, ingombrarmisi la mente da momentanea ed insolita luce, che da lontano mi accenna e subito confonde

ed asconde imaginazioni straniere ed indigeste. E da quanto ella ha detto parmi che dovrebbe seguire che fusse impossibil cosa costruire due fabbriche dell'istessa materia simili e diseguali, e tra di loro con egual proporzione resistenti. Queste righe costituiscono una confutazione esplicita dell’argomento presente nelle Lezioni, in cui si assimila la cupola dell’Inferno a una piccola volta in muratura. Lo stesso argomento invalida il pittoresco passaggio delle Lezioni in cui Galileo tenta di stimare per omotetia l’altezza di Lucifero (il risultato è 2.000 braccia). Si ha quindi ragione di credere che Galileo abbia compreso rapidamente il proprio errore. Di fatto, se i Discorsi sono stati pubblicati soltanto nel 1638, i materiali che l’opera raccoglie erano pronti prima del 1610, momento in cui Galileo si dedica alle osservazioni astronomiche e pubblica la prima opera importante, il Sidereus Nuncius. È dunque lecito considerare le Lezioni sull’Inferno come il crogiolo da cui prende il via il lavoro fondamentale di Galileo sviluppato nei Discorsi.

G. Galilei, Due lezioni all’Accademia Fiorentina circa la figura, sito e grandezza dell’Inferno di Dante, in Le opere di Galileo Galilei, a cura di A. Favaro, vol. IX, 29-57, Barbera, Firenze 1968. L’opera è stata recentemente tradotta in francese: Galilée, Leçons sur l’Enfer de Dante, Fayard, Parigi 2008, traduzione e prefazione di Lucette Degryse, postfazione di JeanMarc Lévy-Leblond. 1

2 Per inquadrare il contesto del lavoro di Galileo si veda l’introduzione di Lucette Degryse alla traduzione francese dell’opera, op. cit. Si vedano anche Th.B. Settle, Experimental Sense in Galileo’s Early Work and its Likely Sources, in Largo campo di filosofare, Proceedings Euro-

symposium Galileo 2001, Fundación Canaria Orotava de Historia de la Ciencia, La Orotava, Tenerife 2002; Th.B. Settle, Dante, the Inferno and Galileo, di prossima pubblicazione. Le mappe e le misure dell’Inferno e la loro iconografia costituiscono un argomento dell’esegesi letteraria dell’opera dantesca; si vedano G. Agnelli, Topo-cronografia del Viaggio dantesco, Hoepli, Milano 1891; S. Orlando, Geografia dell’Oltretomba dantesco, in Guida alla Commedia, Bompiani, Milano 1993. 3

Questa disposizione fa sì che gli accessi più comodi agli inferi siano situati su questo cerchio (nel punto in cui lo spessore

della volta si riduce a zero). Si vede che (imbrogliando un po’ sul valore del raggio terrestre), questo cerchio passa non lontano dagli ingressi all’Inferno ben noti in epoca antica (in Grecia, in Sicilia e in Campania). Si veda A. Nadaud, Aux portes des Enfers, Actes Sud, Arles 2004. Si veda J.-M. Lévy-Leblond, Appendice I alla postfazione dell’ed. francese, op. cit., pp. 167168. 5

6 Si veda J.-M. Lévy-Leblond, Appendice I alla postfazione dell’ed. francese, op. cit., pp. 170173.

dici Caetani di Dante”, L’Erma di Bretschneider, Roma 1997. Qui si può notare come Manetti, che Galileo difende nelle Lezioni, sia stato anche il biografo di Brunelleschi. Si veda J.-M. Lévy-Leblond, Appendice III alla postfazione dell’ed. francese, op. cit., pp. 174-175. 8

9 G. Galilei, Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze, in Le opere di Galileo Galilei, a cura di A. Favaro, vol. VIII, Barbera, Firenze 1968.

M.A. Peterson, Galileo’s Discovery of Scaling Laws, in “American Journal of Physics”, 70, 575, 2002.

Si veda S. Toussaint, De l’Enfer à la Coupole. Dante, Brunelleschi et Ficin A propos des “Co7

Astri e particelle, arcobaleni invisibili

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Astri e particelle, arcobaleni invisibili

di Roberto Battiston

Il 2009 è Anno internazionale dell’astronomia e Anno galileiano. Per celebrare questo evento e raccontare le attività di ricerca della comunità scientifica impegnata nelle ricerche che riguardano l’universo, la sua origine e il suo divenire, l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e l’Agenzia spaziale italiana (Asi), in collaborazione con il Palazzo delle Esposizioni di Roma e sotto la direzione scientifica di Roberto Battiston, hanno realizzato la mostra “Astri e particelle. Le parole dell’universo”, aperta dal 27 ottobre 2009 al 14 febbraio 2010.

Feynman affermava che esistono arcobaleni che gli occhi non possono vedere ma che non per questo sono meno affascinanti. Occupandomi di particelle elementari, di forze fondamentali, di meccanica quantistica – vale a dire di cose infinitamente piccole ma, proprio per questo, alla base di tutto il resto – ho sempre avuto ben presente l’osservazione di Feynman. Quando cercavo di spiegare, a me prima ancora che agli altri, quali fossero gli oggetti che studiavo, quasi sempre con strumenti inversamente proporzionali, nelle loro dimensioni e complessità, alle dimensioni e all’elementarità dei fenomeni che volevo osservare, mi rendevo conto di quanto sia impegnativo raccontare l’invisibile. Il nostro pensiero è intriso di immagini, anche quando affronta le questioni più astratte. Buona parte delle scienze della natura, come la biologia e la geologia, solo per citarne un paio, sono in grado di attingere a immagini di una bellezza ed efficacia straordinaria e non hanno problemi a essere comunicate. L’astronomia è entrata a far parte di questo club scientifico da un paio di decenni: prima di Hubble e dei super telescopi moderni le cose non stavano certamente così, e certamente la grandissima parte di informazioni che ci provengono oggi dal cosmo sono ottenute con strumenti raffinati che estendono enormemente la nostra capacità di vedere.

Gli astri sono irraggiungibili ma ci mandano una grande quantità di messaggi sotto forma di radiazione; opportunamente rivelati e decodificati, essi ci permettono di capire di cosa siano fatti i corpi celesti, come si sviluppino, quale sia il loro ruolo nell’universo. Gran parte di questa radiazione è luce, una piccola parte è materia. Della parte luminosa solo una piccola frazione è visibile ai nostri occhi attraverso le lenti dei telescopi. Quasi tutti i messaggi che arrivano sul nostro pianeta sono inve-

ce invisibili. Nel corso del secolo scorso la comprensione dell’universo è progredita in modo straordinario proprio perché siamo riusciti a sviluppare strumenti sempre più sofisticati che ci permettono di vedere i vari tipi di arcobaleni, di luce e di materia, nascosti ai nostri sensi e di godere dell’estetica dell’invisibile. Questa mostra parte dal presupposto che, una volta viste, anche le particelle elementari diventano incredibilmente familiari e quotidiane. Che se riusciamo a manipolare con le nostre mani il tessuto dello spazio-tempo non ce ne dimenticheremo facilmente. Che se l’espansione dell’universo ci avvolge in tre dimensioni mentre la guardiamo potremo raccontarla ai nostri amici o ai nostri figli. E se capiamo come l’eco del Big Bang sia davvero presente nelle antenne delle nostre televisioni, la prossima volta che guardiamo il Grande Fratello ci potrà venire voglia di cambiare canale... e sintonizzarci sull’universo. La mostra si apre con una “doccia cosmica”: niente paura, non si tratta di una secchiata d’acqua ma semplicemente della visualizzazione dei raggi cosmici. Si tratta in particolare di muoni che, impalpabili e numerosissimi, attraversano il nostro corpo in ogni singolo istante della nostra vita. Ogni secondo siamo trapassati da centinaia di queste particelle, fratelli pesanti degli elettroni, che sono prodotte nell’atmosfera e finiscono la loro corsa a decine o centinaia di metri di profondità nel terreno. Nella doccia cosmica sarà possibile farsi una fotografia insieme a questi effimeri ma penetranti messaggeri dell’universo e mandarla via e-mail agli amici. Poco più in là sarà invece possibile vedere nei dettagli le particelle della radioattività naturale, in parte dovuta ai raggi cosmici: piccole tracce che appaiono dal nulla nella forma di sbuffetti di condensazione all’interno di una camera a

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Cose che accadranno durante la tua visita alla mostra (o in mezz’ora della tua vita) ma di cui non ti accorgerai

nebbia. È a partire da queste tecniche che gli scienziati hanno sviluppato esperimenti sempre più grandi e complessi, come quelli che permettono negli altopiani dell’Argentina di studiare raggi cosmici di energia equivalente a una palla da tennis battuta da un campione. O come gli esperimenti che nello spazio ricercano la materia oscura e l’antimateria. O quelli svolti sotto il Gran Sasso, in grado di fotografare tutti i dettagli dell’interazione di un muone energetico che attraversa ben 17 metri di materia prima di fermarsi. E poi ci sono i neutrini. Siamo immersi in un mare di queste particelle, emesse dalle stelle, incluso il nostro Sole, dalle supernovae, dal Big Bang. Dieci milioni di miliardi di neutrini solari, provenienti direttamente dalla fornace della nostra stella, attraverseranno il vostro corpo mentre visitate la mostra. Per rivelare i neutrini solari occorrono strumenti molto grandi, come quelli

nelle viscere del Gran Sasso, in grado di rivelarne uno ogni tanto e di vedere il Sole da sotto la montagna. Analogamente, per rivelare i neutrini che vengono dalla nostra galassia gli scienziati usano il nostro pianeta come filtro: con giganteschi esperimenti piantati nei ghiacci del Polo Sud guardano i neutrini che vengono dall’emisfero nord, nelle profondità del Mediterraneo guardano i neutrini che vengono dall’emisfero sud. Un curioso modo di usare il nostro pianeta, no? Qualche cosa di simile lo facciamo con il fascio di neutrini che corre sottoterra dal Cern di Ginevra al Gran Sasso, dove sono posti gli strumenti per la rivelazione di queste particelle. La mostra continua con la luce, il messaggero principe con cui l’universo comunica con noi. La luce visibile, sì, ma soprattutto quella invisibile, dalle onde radio ai raggi gamma. Quella che negli ultimi 50 anni ci ha permesso di vedere tutti i colori dell’universo, e di apprezzare il

1. 100.000 supernove esploderanno nell’universo osservabile (50 al secondo!). Le supernove sono stelle che esplodono ponendo termine alla loro evoluzione. Esplodendo rilasciano in pochi secondi tantissima energia (fino a mille miliardi di volte l’energia prodotta dal Sole in un anno, oppure un miliardo di miliardi di miliardi di volte il consumo annuo di energia dell’umanità) e diventano molto brillanti, tanto quanto tutte le stelle della galassia che le ospita. Le stelle massicce esplodono quando il peso del loro nucleo non è più sostenuto dalla pressione interna e collassano, formando un piccolo nocciolo duro (una neonata stella di neutroni) su cui rimbalza quasi tutto il materiale più esterno. Le stelle più piccole, invece, possono esplodere se evolvono in una nana bianca (una stella molto compatta) di massa poco più grande della massa del Sole. Se si supera una certa massa critica, infatti, si ha un innesco violento di reazioni nucleari che in pochi istanti inceneriscono tutto.

2. Si produrranno 10 milioni di miliardi di miliardi di miliardi di chili di ferro nel cuore delle stelle nell’universo visibile. Il ferro è prodotto nelle stelle e disperso nel cosmo durante le esplosioni delle supernove. Senza le stelle e le loro esplosioni non ci sarebbe un singolo atomo di ferro in tutto l’universo, come quello contenuto nell’emoglobina del tuo sangue. È proprio vero che siamo figli delle stelle! 3. Attraverseranno il tuo corpo un milione di raggi cosmici aventi energia equivalente alla massa del protone. Come potrai vedere nella doccia cosmica e nella camera a nebbia il nostro corpo è continuamente attraversato da centinaia di particelle penetranti che provengono dal cosmo. Sulla Terra esse sono principalmente muoni, prodotti nell’atmosfera dai raggi cosmici: particelle cariche molto energetiche, accelerate dai processi violenti che avvengono nelle vicinanze delle supernove e dei buchi neri. I muoni sono molto penetranti e attraversano tutto. Tutti gli esseri viventi sulla Terra convivono da sempre con questa forma di radiazione nucleare che viene dal cosmo, la stessa che è prodotta nel nocciolo delle centrali.

4. Attraverseranno il tuo corpo 10 milioni di miliardi di neutrini prodotti dal Sole. Le reazioni nucleari che avvengono all’interno del Sole generano energia sotto forma di radiazione elettromagnetica (la luce che vediamo), ma anche di neutrini, particelle con massa molto piccola e privi di carica elettrica (cioè elettricamente neutri). I neutrini non sono da confondere con i neutroni, particelle pesanti che, insieme ai protoni, compongono il nucleo dell’atomo. L’interazione dei neutrini con la materia è molto debole. Essi scappano via dal Sole e, dopo 8 minuti circa, arrivano sulla Terra attraversandola come i raggi di luce attraversano il vetro delle finestre. Data la difficoltà con cui vengono osservati loro natura è ancora in parte misteriosa e sono studiati attivamente dagli scienziati di tutto il mondo. a cura del professor Oscar Straniero, direttore dell’Osservatorio astronomico di Teramo

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Quello che c’e’ nella mostra ma che non potrai vedere (!) 1. Mille miliardi di fotoni fossili. La radiazione di fondo (anche detta fossile), è la luce prodotta durante il Big Bang. Per i primi 300.000 anni l’universo era opaco a questa radiazione, ma poi, raffreddandosi, se l’è lasciata scappare. È una specie di fotografia dell’universo primordiale, che era molto più omogeneo (e caldo) di quanto non sia oggi, dopo quasi 14 miliardi di anni. Questa luce oggi è “fredda” e ha la frequenza delle onde radio. Quando l’antenna del televisore capta rumore, una parte è dovuta alla radiazione fossile. L’universo continua a mandarci i suoi messaggi anche durante una trasmissione televisiva!

2. 150 miliardi di neutrini fossili. Oltre alla radiazione fossile, dal Big Bang sono emerse molte particelle: alcune hanno formato pianeti, stelle e galassie, altre vagano ancora, e formano un fondo impalpabile che permea tutto lo spazio. Tra queste ci sono molti neutrini. Nessuno scienziato è ancora riuscito a rivelarli, talmente debole è la loro interazione con la materia! Questa è una delle sfide affascinanti della ricerca di oggi. 3. Qualche centinaio di miliardi di microscopici e sfuggenti componenti della materia oscura. Il rapporto tra materia ed energia nell’universo è di 1 a 3, in favore dell’energia. L’80% della materia nell’universo a sua volta è oscura, invisibile. Composta da particelle massicce ancora

non identificate, la materia oscura genera gran parte della gravità che muove l’universo. Nei primi 7 miliardi di anni è stata la regina incontrastata, che ha permesso alle galassie di formarsi ed evolversi, rallentando l’espansione provocata dal Big Bang. Oggi l’effetto attrattivo dovuto alla materia oscura è contrastato dall’energia oscura, che rappresenta il 73% del bilancio materia-energia dell’universo e che genera una pressione negativa capace di sovrastare l’attrazione gravitazionale, provocando un’accelerazione dell’espansione dell’universo. a cura del professor Oscar Straniero, direttore dell’Osservatorio astronomico di Teramo

suo splendore, la sua violenza, la sua immensità. Un arcobaleno di astronomie, che parlano tutte degli stessi oggetti ma osservandoli da punti di vista diversi: ogni colore dello spettro esteso corrisponde a ben precisi processi fisici e stati della materia, gas, polvere, stelle, esplosioni, jet di materia e radiazione. Grazie alla luce emessa nelle bande radio, il pubblico potrà ascoltare il fischio delle pulsar, oggetti compattissimi che, girando su se stessi centinaia di volte al secondo, emettono un’onda radio modulata nelle frequenze sonore. La luce è in grado di attraversare l’universo e di raggiungerci dopo un viaggio che potrebbe essere iniziato poco dopo il Big Bang, quasi 14 miliardi di anni fa. In questo lungo viaggio, la maggior parte dei fotoni non incontra praticamente nessuna particella, procede alla cieca nella sua frenetica oscillazione elettromagnetica, fino a quando non si scontra violentemente contro un atomo, magari nel piano focale di un nostro telescopio o della retina dei nostri occhi. Ma in tutto questo tempo non si annoia troppo, perché è

in continua interazione con la struttura dello spazio tempo, la geometria dell’universo deformata dalla gravità prodotta dalle masse dei corpi celesti. La luce percorre sempre la strada più breve tra due punti, e nello spazio piegato dalla gravità questo percorso non è necessariamente una linea retta. Per spiegare questo concetto è stata realizzata un’installazione in cui la presenza del visitatore modifica in modo dinamico la geometria dello spazio, come se egli fosse una stella o un buco nero. Nella parte finale della mostra potremo dare fondo alle nostre più sfrenate e nascoste ambizioni, vivendo cinque minuti da Dio e creando universi caratterizzati da diverse composizioni di materia ed energia. In tempo reale vedremo se siamo capaci di fare qualcosa che funzioni e scopriremo che fare il creatore non è un mestiere facile: quasi tutti gli universi creati fanno rapidamente flop. Nel centro della mostra è posta una grande semisfera, che prende nel tempo le sembianze della Terra, di una stella, di una galassia: dentro la sfera il pubblico può incontrare gli

CHIAMA IL NUMERO VERDE 800.90.15.15

oxygen 07 – 09.2009

ENERGIA SOLARE? LASCIA FARE A CHI SA FARE.

scienziati italiani, intervistarli in modo virtuale, farsi raccontare quello che fanno, come lo fanno e perché hanno scelto di farlo. Premi Nobel e giovani borsisti, una vasta comunità che di generazione in generazione si passa il testimone e si confronta in un contesto internazionale, a partire da Galileo, passando per Fermi e la sua scuola fino ai contemporanei come Rubbia e Giacconi. Una secolare ricchezza culturale rappresentata oggi dagli enti che organizzano la mostra, eredità di cui l’Italia deve andare fiera e che deve essere sostenuta per non andare dispersa. Nel corso della visita – come di qualsiasi mezz’ora della vostra vita – accadranno davvero cose straordinarie: scoppieranno 100.000 supernove nell’universo visibile, disperdendo nel cosmo 10 milioni di miliardi di miliardi di chili

di ferro, e sarete attraversati da un milione di raggi cosmici oltre che dai suddetti neutrini solari. Abbiamo fatto le cose in grande: vi faranno compagnia nelle sale della mostra mille miliardi di fotoni del Big Bang e 150 miliardi di neutrini, anch’essi provenienti dai primi istanti dell’universo. E le centinaia di miliardi di particelle di materia oscura? Come degno finale di una mostra dedicata agli arcobaleni invisibili, scoprirete che nonostante tutto quello che siamo riusciti a scoprire, l’universo ci nasconde ancora oggi il 95% di quello che lo compone... un messaggio per le nuove generazioni di scienziati: il bello deve ancora venire.

Questo articolo sarà pubblicato anche su “Le Scienze” n.494, a ottobre 2009. Si ringrazia la redazione per averne concesso l’anticipazione.

1, 5

Si ringrazia l'Inaf

2, 3, 4

Si ringrazia l’Asi

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Se usare l’energia solare ti sembra interessante ma non sai da che parte cominciare, rivolgiti ad Enel.si. Troverai una consulenza unica e davvero affidabile: i nostri specialisti sono in grado di seguirti dalla fase di preventivi e progettazione fino all’installazione, consigliandoti anche sulle forme di finanziamento e sulla procedura per ottenere gli incentivi in Conto Energia. Grazie al continuo aggiornamento sulle innovazioni tecnologiche e alla capacità dei propri installatori, i professionisti Enel.si potranno suggerirti la soluzione migliore, realizzare ogni tipo di installazione e seguirti anche nella manutenzione dell’impianto. Lascia fare a chi sa fare. www.enelsi.it

oxygen 07 – 09.2009

Traveller

Traveller di Michelle Nebiolo

Nonostante gli increduli, i cauti, i costi e gli incidenti

Nel divertente film del 2003 Dillo con parole mie, un ragazzo e una ragazzina si trovano di notte su uno scoglio in Grecia, a guardare il cielo stellato. Lui (Andrea), esclama: “Certo che siamo proprio insignificanti davanti all'universo.” Lei (Maggie) replica, vagamente offesa: “Parla per te, scusa.” In effetti, per quanto l’umanità possa lasciarsi affascinare dalla luna e dalle stelle cadenti, o dalle meravigliose foto che arrivano dai grandi telescopi, ci sarà sempre qualche individuo disincantato, irriverente, che pensa che tutto quello spazio basta allungare una mano per prenderselo. Del resto è la visione di persone coraggiose e sfrontate

ad aver reso possibili imprese epiche come il primo allunaggio 40 anni fa: se ancora oggi alcuni sostengono che si è trattato di una farsa – perché ci sarebbero limiti e leggi fisiche e ostacoli tecnici insormontabili – possiamo solo immaginare quanto può essere stato difficile convincere investitori e contribuenti a puntare sui primi progetti di esplorazione nello spazio. Un altro film, Challenger, prodotto per la tv nel 1990, racconta la storia dell’omonimo space shuttle: i dubbi di alcuni ingegneri che però non riuscirono a fermare la missione, l’entusiasmo dell’insegnate Christa McAuliffe per quella che doveva essere la prima lezione di scienza del programma Nasa Teacher

in Space, e che invece si trasformò in tragedia, il 28 gennaio 1986, quando la navicella si disintegrò appena 73 secondi dopo il lancio. I titoli di coda iniziano a scorrere pochi istanti prima del disastro, lasciando la storia in sospeso, ma nella realtà fu il programma spaziale americano a rimanere in qualche modo sospeso, per 32 mesi. Anche quando il Columbia si disintegrò al rientro nell’atmosfera terrestre, nel 2003, gli americani rimandarono ogni nuovo viaggio dello shuttle per più di due anni. Eppure, nonostante gli increduli, i cauti, i costi e gli incidenti, niente riesce a fermare davvero la sete di sapere e lo spirito d’avventura dell’essere umano. Così, anche se non viviamo ancora in bolle

pressurizzate, circondati da androidi e gadget futuristici, iniziamo a vedere i primi tentativi di turismo spaziale. Dal 2001 a oggi sei privati cittadini hanno raggiunto a spese proprie la Stazione spaziale internazionale. Il primo fu Dennis Tito, ex scienziato Nasa, che per una settimana di soggiorno pagò ben 20 milioni di dollari alla Space Adventures. Proprio la Space Adventures (www.spaceadventures.com) oggi propone una gamma di “esperienze spaziali” che vanno dal giro intorno alla Luna (il servizio deve ancora essere attivato, ma il prezzo è già fissato a 100 milioni di dollari) al simulatore Soyuz (15.950 dollari), passando per i

voli suborbitali (102.000 dollari). “Oxygen” sarà stampato prima, ma il settimo cosmo-turista si prepara per il lancio a settembre 2009: Guy Laliberté, fondatore del Cirque de Soleil, raggiungerà la Stazione spaziale internazionale per una “missione sociale poetica” legata alla Fondazione One Drop (www.onedrop.org, da dove si accede anche al blog sull’addestramento e la preparazione a cui si sta sottoponendo Laliberté). Il volo spaziale è indubbiamente un’opportunità, un business che attira e fa nascere società come la Space Adventures, la Virgin Galactic, la Armadillo Aerospace, la Blue Origin e molte altre. Sembra fantascienza, ma non siamo lontani dal fermento creato dai pri-

mi voli aerei. Nonostante gli increduli, i cauti, i costi e gli incidenti, nel 1927 Charles Lindbergh vinse i 25.000 dollari del premio Orteig per il primo volo New York-Parigi. Nel 2004 la Tier One ha vinto i 10 milioni di dollari messi in palio dalla Fondazione X Prize per la prima società privata che avesse lanciato nello spazio una navicella riutilizzabile due volte nell’arco di due settimane. Forse entro il 2012 qualcuno vincerà anche il Google Lunar X Prize. E forse i nostri nipoti andranno nello spazio con voli low-cost. La capsula spaziale di un Soyuz TMA-13 atterra della steppa vicino a Dzhezkazgan, l’8 aprile 2009 ©Sergei Remezov/Pool/epa/Corbis

091

I luoghi della scienza

oxygen 07 – 09.2009

I luoghi della scienza di Davide Coero Borga

Smithsonian: i numeri dello spazio

092

400 anni. Sono quelli trascorsi dal giorno in cui Galileo puntò per la prima volta il suo cannocchiale verso i cieli, tracciando un invisibile ponte tra la Terra e gli altri corpi celesti. 40 anni. Da quando Neil Armstrong ha posato piede sulle pianure lunari, le stesse che Galileo intuì fatte di polvere simile a quella che calpestava per le strade sterrate di Padova, Pisa e Firenze. E proprio la luna, quella di Galileo e quella di Armstrong, la luna da osservare e da raggiungere, la luna lontana e desiderata, è il tema della mostra allestita allo Smithsonian National Air and Space Museum di Washington, DC. Protagonista Alan Bean, il primo artista tornato da un altro mondo.

Quarto uomo a camminare sul satellite terrestre e membro dell’equipaggio dell’Apollo 12, Alan Bean ha rassegnato le dimissioni dalla Nasa una decina d’anni fa per dedicarsi completamente all’arte. Dal 1981 dedica la sua vita alla pittura e le sue opere sono interamente ispirate alle missioni Apollo. Con pennellate simili a quelle di un maestro dell’impressionismo, Bean ripropone gli scorci e le prospettive di un mondo su cui possono dire di aver camminato solo undici uomini: paesaggi lunari, ritratti degli astronauti e panoramiche visioni della Terra dallo spazio. Il regalo più bello per il pubblico del museo più visto al mondo.

Una collezione sterminata di oggetti, tanto che la storica sede del National Mall non era più sufficiente a contenerla tutta. Così, nel 2003 lo Smithsonian ha aperto una sorta di filiale presso lo Steven F. Udvar-Hazt Center, vicino all’aeroporto internazionale di Washington Dulles. La storia dello spazio si srotola di fronte agli occhi dei visitatori. Cuore dell’esposizione è l’Enterprise, il primo space shuttle lanciato dalla Nasa e così ribattezzato dall’agenzia statunitense in seguito a una campagna di firme raccolte dai fan della serie televisiva Star Trek, dal nome della famosa nave spaziale USS Enterprise, protagonista di tanti film e telefilm.

Lo Smithsonian National Air and Space Museum è stato inaugurato il 1° luglio del 1976. Un milione di visitatori il primo mese dall’apertura, 200 milioni nel 1998. Oggi viaggia verso quota 300 e, di fatto, è il museo più visitato negli Stati Uniti e nel mondo. Lo Smithsonian ha un budget annuale di 28 milioni di dollari. Una macchina organizzativa impressionante che conta 260 impiegati e quasi 600 volontari. Niente di straordinario se si pensa che il museo raccoglie una collezione di velivoli storici per un totale di 50.000 pezzi. Si parte dall’aliante dei fratelli Wright e, passando per lo Spirit of St. Louis con cui Charles Lindberg completò la traversata dell’Atlantico nel 1927, si arriva al modulo di comando della missione Apollo 11.

Nel Settecento Eusebio Sguario, nell’introdurre il suo romanzo scientifico Dell’elettricismo: o sia delle forze elettriche de’ corpi svelate dalla fisica sperimentale, scriveva: “Certe scienze di loro natura rigide e austere, non ista bene che siano trattate sempre con uno stesso metodo scientifico e dottrinale; non v’è che la forma del Dialogo [...] che le sappia trar fuori dall’oscuro nembo, che le rende schifose alla gente del Mondo, e solo per questo mezzo sperar possono di passare dai deserti e dalle cupe caverne, nelle mani di gente di spirito, e nelle amene conversazioni del secolo”.

È passato molto tempo da allora, e qualcuno ha deciso che le idee della nuova scienza dovessero uscire dai salotti della nobiltà e delle nuove classi agiate, verso il popolo degli artigiani, degli agricoltori e degli operai. Oggi, questo pubblico di gente comune, famiglie e ragazzi, riempie di voci e storie le sale dello Smithsonian. E il bambino che andrà su Marte, forse, passeggia per questi corridoi.

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Autoritratto di Alan Bean, mentre corre vicino a un cratere lunare sentendosi come se potesse correre per sempre senza stancarsi © Alan Bean

Oxygen versus CO2

oxygen 07 – 09.2009

Oxygen versus CO2 di Claudia Gandolfi

Spazzatura spaziale

Il progetto permetterà di raccogliere una quantità di informazioni sulle condizioni ambientali europee senza precedenti: sul territorio di 29 stati si potrà ottenere una fedele mappatura della qualità dell’aria, con un aggiornamento ogni 72 ore e una risoluzione dell’ordine dei 50 chilometri. Ma proprio i satelliti che ci permettono di eseguire queste e altre fondamentali misurazioni sono

al centro di un recente dibattito che riguarda il loro invecchiamento. Dal lancio dello Sputnik, il 4 ottobre 1957, sono stati lanciati in orbita circa 6.000 satelliti. Di questi, si stima che oggi ne siano operativi solo un migliaio. Oltre ai satelliti veri e propri, funzionanti o meno, orbitano intorno alla Terra circa 12.000 detriti che superano i 10 centimetri di diametro, costantemente monitorati da radar, telescopi e satelliti. La maggior parte dei satelliti militari, commerciali e scientifici, si trova nella low earth orbit, ovvero l’orbita terrestre bassa, dove possono rimanere anche per decenni prima di disintegrarsi a contatto con l’atmosfera. Nell’arco del prossimo secolo, quindi, si potrebbe creare intorno alla Terra un vero e proprio anello di ferraglia in disuso, simile a quelli, famosi, di Saturno. Nel febbraio di quest’anno la collisione fra un satellite commerciale americano e un relitto militare russo, avvenuta a 790 chilometri di distanza dalla superfi-

cie terrestre, sopra la Siberia, ha proiettato nell’orbita terrestre un migliaio di nuovi frammenti metallici, ricordandoci che, per quanto lo spazio intorno a noi sia potenzialmente infinito, incidenti di questo genere, benché improbabili, non sono impossibili. Dopo l’impatto, come avviene di solito, i detriti si sono sparsi in tutte le direzioni: alcuni hanno mantenuto la stessa orbita, altri sono stati scagliati verso il basso, in direzione della Terra, minacciando teoricamente anche la Stazione spaziale internazionale, che si trova a un’altezza di 350 chilometri. In passato, frammenti di razzi o navi spaziali sono stati ritrovati un po’ ovunque: in Sudafrica, a Cuba, nel deserto dell’Arabia Saudita o in Costa D’Avorio, sulle spiagge delle Bahamas o nelle acque del Brasile. Nel 1969 una pioggia di pezzi di metallo accartocciato è caduta addirittura sul ponte di una nave giapponese. Del resto, le tecniche di smal-

timento degli oggetti spaziali sono tutte da inventare. Attualmente la prassi è di spedire le vecchie glorie dello spazio a riposare negli abissi degli oceani terrestri. Nel 2001, dopo 15 anni di attività, la stazione orbitante Mir venne dismessa e le sue 135 tonnellate sorvolarono spettacolarmente il Giappone prima di sprofondare al largo delle coste dell’Australia. Oggi lo scontro fra due oggetti spaziali, uno russo e uno americano, degno di un film sulla guerra fredda, ci riporta prepotentemente al problema di una spazzatura spaziale difficile da smaltire e al nostro contributo all’inquinamento del cielo, oltre che della Terra. I satelliti spia, che avevano il compito di scrutare il pianeta con radar potenti e ad alta risoluzione, potevano addirittura avere a bordo reattori nucleari. Molti di essi si trovano ancora lì, a testimonianza di come il cielo sia talvolta considerato una discarica infinita.

SPL/Grazia Neri

Negli ultimi anni l’Unione Europea sta intraprendendo una serie di azioni mirate per rispettare gli impegni presi nell’ambito del protocollo di Kyoto. Tra le tante iniziative in fase di attuazione, c’è l’accordo siglato tra l’Agenzia europea dell’ambiente e un consorzio guidato dall’Agenzia spaziale europea (Integrated air quality platform for Europe), che prevede l’integrazione delle misurazioni satellitari con quelle a terra, per realizzare un controllo giornaliero sempre più serrato sulle emissioni di sostanze inquinanti in atmosfera.

094

095

English version

Armato dei suoi cinque sensi l’uomo esplora l’universo intorno a sé, e chiama quest’avventura scienza. Edwin Powell Hubble

Codice Edizioni s.r.l. via G. Pomba 17 10123 Torino t +39.011.19700579/580 f +39.011.19700582 www.codiceedizioni.it info@codiceedizioni.it

EDIZIONI

Contributors

Enrico Bellone Galilei e l’abisso Un racconto pp.104, euro 12,00 In libreria dal 29 settembre 2009

L’abisso, insomma, ci salva, se riusciamo ad essere liberi di esercitare la nostra curiosità sulla natura e di fabbricare ponti e sentieri che sempre meglio colleghino ciò che percepiamo grazie ai sensi a ciò che evolve nelle nostre teorie sul mondo. Enrico Bellone

John Gribbin Galassie

George Johnson Le stelle di Miss Leavitt La storia mai raccontata della donna che scoprì come misurare l’universo

pp.152, euro 11,00

pp.172, euro 16,00

Marco Cattaneo

Gennaro De Michele

Tommaso Maccacaro

A physics graduate, he is a scientif-

Chemical engineer, he is responsi-

After doing research in England, in

ic journalist and the editor in chief

ble of Reseach and development

1979 he moved to the United

Amedeo Balbi

of the monthly magazines “Le

policies for Enel Ingegneria e

States, where he met and worked

Researcher at the physics depart-

Scienze”

ment in Rome’s University Tor

“Scientific American”) and “Mente

scientific

Vergata, he is a member of the cos-

& Cervello”. He is also the author

International

mology group and of the Nuclear

of Heisenberg e la rivoluzione

Clean Coal Science Group, the IFRF

and was appointed its director in

physics national institute. His main

quantistica (Le Scienze, 2000), as

(International

2005. He is president of the

research interest is cosmology – the

well as the co-author, with Jasmina

Foundation) and the MITEI (MIT

Astronomy working group and

science that studies the origin,

Trifoni, of three volumes about

Energy Initiative). He is the author

member of Space science advisory

structure and evolution of the uni-

Unesco’s world heritage sites (I

of over 200 publications and 10

committee at the Esa. He has pub-

verse –, with a special focus on its

tesori dell’arte, 2002; I santuari

patents, and has received a num-

lished over 250 articles on interna-

connections

fundamental

della natura, 2003; Antiche civiltà,

ber of prizes such as the Philip

tional journals and for years has

physics and astrobiology. He is the

2004), and of Le città del mondo

Morris prize for scientific and tech-

been amongst the most referenced

author of La musica del Big Bang

and I tesori dell’umanità (2005), all

nological research, the Industry

researchers for space sciences. He

(Springer, 2007), prefaced by

published by White Star.

and environment award from the

is also co-founder of Gruppo 2003,

Italian industry ministry, the Io vivo

a multidisciplinary group of scien-

(Italian

edition

Margherita Hack, and of the popular

science

blog

Keplero

(www.keplero.org).

Innovazione. He is a member of the

with Riccardo Giacconi. Back in

boards

the

Italy in 1989, in 1991 he became

Agency’s

astronomer of Brera’s Observatory,

Energy

Research

Flame

George Coyne

sostenibile

Lega

tists who work to re-launch scien-

Astronomer and Jesuit priest, he

Ambiente and, recently, the Sapio

tific research in Italy. He is currently

was the director of the Vatican

prize for Italian research.

president of the National astro-

prize

from

physics institute.

Observatory from 1978 to 2006 –

Michio Kaku Il cosmo di Einstein Come la visione di Einstein ha trasformato la nostra comprensione dello spazio e del tempo

Chi avrebbe mai detto che cercando di decifrare i misteri dell’universo avremmo trovato la chiave per guardare dentro di noi? Se ci imbarchiamo in questo viaggio non è per un semplice desiderio, ma per il mandato, conferitoci dalla nostra specie, di ricercare il nostro posto nel cosmo.

pp.200, euro 21,00

Neil DeGrasse Tyson, Donald Goldsmith

Roberto Battiston

promoting several new educational

Professor of physics at Università di

and research initiatives – and is cur-

David Gross

Francesco Paresce

Padova’s engineering faculty, he

rently head of the observatory’s

After receiving the MacArthur

Astrophysicist associated with Inaf,

has worked in many international

research group based at the

Foundation Fellowship in 1987 and

he conducts his research in

scientific projects in the field of

University of Arizona in Tucson. He

the Dirac Medal in 1988, in 2004

Bologna’s Institute for space astro-

experimental physics of fundamen-

is an active member of the

he was awarded the Nobel prize in

physics and cosmic physics. He

tal interactions. His main current

International astronomical union,

physics for his discovery of asymp-

also a consultant for Esa the

research interest is fundamental

the American astronomical society,

totic freedom along with Frank

Esa/Nasa joint project for the

physics in space, with an experi-

the Astronomical society of the

Wilczek and David Politzer. He cur-

Hubble space telescope. His cur-

ment for the search of antimatter

Pacific, the American physical soci-

rently is the director and holder of

rent research interest is star forma-

in cosmic rays that will be installed

ety and the Optical society of

the Frederick W. Gluck Chair in

tion in Magellanic clouds, but in

on the International space station

America.

theoretical physics at the Kavli

the past he has worked for Nasa

in 2010. He is the author of over

Institute for Theoretical Physics of

on various missions, for Esa as sci-

400

the University of California.

entific director of the Faint object

scientific

works,

and

involved in popular science, writing

Neil DeGrasse Tyson e Donald Goldsmith Origini Quattordici miliardi di anni di evoluzione cosmica

Arthur Miller L’impero delle stelle Amicizia, ossessione e tradimento alla ricerca dei buchi neri pp.440, euro 30,00

pp.296, euro 29,00

Brian Greene Icaro ai confini del tempo pp.32, euro 35,00

camera and for the European

a monthly column in the “Le

Jean-Marc Lévy-Leblond

southern observatory as scientific

Scienze” about space research.

Physics and philosophy professor at

director of the Very large telescope

Nice’s University, he is director of

interferometer. On top of over 180

Enrico Bellone

the

scientific articles, he has published

Science historian, he was the first

“Alliage”. He has always been

the book Tra razzi e telescopi (Di

to be asked to hold, in 1994, the

involved in rigorous, not petty,

Renzo Editore, 2005).

Galileo

popular science and its promotion.

Galilei

Chair

the

multidisciplinary

journal

Università di Padova. In 2008 he

Amongst his many works, La pierre

received the Preti prize with

de touche (Gallimard, 1996).

George University.

Lakoff

Berkeley

097

oxygen

English version

07 – 09.2009

Giovanni Ricco

Publisher’s note

Professor of nuclear and sub

his imperfections. The figure of

ples of our lives. Freedom in scien-

Galileo Galilei allows for a view

tific research is not only a reflexion

Editorial

actually carried out because the

Enrico Bellone

were insufficient. Thus, they were

techniques available at the time

nuclear physics at Università di

Vittorio Bo,

into the strengths and weaknesses

of a more general state of liberty

Genova, he was vice president of

editorial director

of scientific research in its most var-

but, as the story of Galileo teaches

Infn from 2001 to 2006 and head

400 years after his first great, and

ied forms, and reminds us, in con-

us, science is often called upon to

This year is being celebrated as the

only make sense because Galileo

of various nuclear physics experi-

revolutionary, discoveries, Galileo

clusion, that it holds even better

highlight criticisms and aberra-

international year of astronomy; in

was an adherent of Platonic form.

ments in Italy and in the United

Galilei’s personal and scientific

possibilities within itself and its

tions, as well as to highlight turn-

1609 a new vision of the heavens

According to Koyré, this is proof of

States, at the Jefferson Lab in New-

story is surely one of the most fas-

methods: the richness of its curios-

ing points and solutions.

was revealed by Galileo’s tele-

Galileo’s greatness. But Koyré’s

port, VA. He is currently the coordi-

cinating narratives in Western civi-

ity and imagination, the impor-

If we are able to keep our attention

scope. But today, four centuries

thesis was later criticized by schol-

nator of the Infn-Energia project.

lization. The tense relationship

tance of the actions taken based

– ethical, social and cultural –

later, above and beyond the com-

ars such as Thomas Settle and Still-

between man’s reasoning and the

on experimental results and, most

focussed at the same level of

memorative rituals, are we truly

man Drake, whose research indi-

powers that be, not to mention the

of all, the value of intellectual

today’s technology and if we are

able to discern a precise signifi-

cated that Galileo’s experiments

098

mental experiments which could

Kim Stanley Robinson

deep-seated longing and capacity

exchange, of discussion.

able to nurture all this with ade-

cance of Galileo’s achievements?

were, in fact, carried out. Howev-

Science fiction writer from Califor-

of science to unearth the truth, are

This issue of “Oxygen” investi-

quate resources and dialogue, per-

This is a legitimate question: after

er, their conclusion was not only

nia, his work (15 novels and four

all clearly represented. Galileo’s

gates, through some of the most

haps we can gain even greater

all, today nobody specializes in a

based on a methodological foun-

story collections since 1984) has

radical ideas were not only aimed

well known voices of modern sci-

heights in scientific excellence

branch of physics or astronomy by

dation but on an intricate and vari-

been translated into 23 languages.

at the structure of reality as it was

ence, physics and astrophysics, the

(which will certainly come to pass),

studying Galileo’s writings. And in

able

His Mars trilogy, (Red Mars, Green

then accepted, but, more impor-

extraordinary patrimony of one of

or in single successes in specific

fact, the answers to our question

between measurements and theo-

network

correlations

Mars, Blue Mars), was an interna-

tantly, at the methods of its investi-

the greatest scientists and thinkers

fields. Our capacity to explore and

have undergone major changes

ries which had already been care-

tional best-seller. Winner of sci-

gation and, successively, in his

of all time, for whom research of

to face reality is at stake, in both

over the past few decades. There-

fully explored by Winifred Wisan.

ence fiction’s Hugo and Nebula

abjuration, at its sustainability by

the unknown was not removed

the sense of objective observation

fore, let us start with an answer

The short space afforded by an

Awards, he was sent to the

man. In him, an intertwining of

from passion for beauty and man’s

and participation in, and foremost

that enjoys a certain measure of

editorial does not permit us to fur-

Antarctic by the U.S. National sci-

individuality, social structures and

potential for creative invention.

result of, our decisions. If we

popularity,

ther study the structure of Galileo’s

ence foundation to do research for

study subjects lived an extraordi-

In a historic context such as our

understand how to create a dialog

Galileo’s legacy to us is the so-

legacy, which so rightly lends itself

his novel Antarctica.

nary moment in which visions and

current times, so rich in possibili-

regarding how very much research

called

fears were brought face to face.

ties, in technology and means, but

and science have to offer, we will

Based

Nonetheless, it could be useful, today, to consider two theses that

which

states

experimental on

that

method.

combination

various

interpretations.

The never ending journey that

also often poor in conscious

create a better environment and,

“sensed experiences” and “certain

began with a scientist from Pisa ran

thought, in the possibility of

more importantly, a political and

proofs,” this method is held to be

Galileo expounded in his 1632

through years of study in diverse

choice and, almost unbelievably, in

social climate in which there will be

the foundation of modern, anti-

Dialogue. The first deals with the

areas of knowledge, and has

basic resources such as water, a

even more freedom of choice, as

Aristotelian science.

incompleteness of knowledge:

brought that knowledge forward

subject we spoke about in the last

options will be individually aware

However, our increased knowl-

“There is not a single effect in

to today, has also produced multi-

issue of Oxygen, man’s core values

and collectively accepted.

edge of the natural world does not

nature, even the least that exists,

form and various interpretations,

and possibilities are underscored

Translation by Mia Adelman

conform to this methodological

such that the most ingenious the-

making him a unique symbol, an

and we are all reminded of the

image of Galileo. On the contrary,

orists can arrive at a complete

archetype, even more valuable for

stimulus and fundamental princi-

it was Aristotle who, with regard

understanding of it.” The second

to astronomy, praised the virtues

regards science as a culture whose

of the relationship between what

development is encouraged by

our senses tell us and what is

unfettered differences of opinion:

revealed to us by geometry. And

“Philosophy itself cannot but ben-

many centuries before Aristotle,

efit from our disputes... As to sci-

Babylonian science – as is proven

ence itself, it can only improve.”

by the writings of Asger Aaboe –

There it is, “improvement” viewed

relied on accurate astronomical

as cultural evolution: a posteriori,

observations that were part of an

we could say that without kine-

algebraic, theoretical order.

matics and Galileo’s relativity we

A much more refined answer to

would never have had Newton or

our query was offered several

Einstein. And thus, we would

decades ago by Alexandre Koyré.

never have today’s multi-faceted

Although he admired Galileo’s

culture regarding the natural

work, he believed that the experi-

world and ourselves.

ments noted by Galileo were never

Translation by Gail McDowell

099

oxygen

English version

07 – 09.2009

Passepartout

19th century and still holds the

The modernity of Galileo

record for the largest refractor tele-

100

why the process is represented as a

be of help in illustrating this point.

lutionistic models, according to

as a constant in natural motion,

celestial world and the sub-lunar

In July 1610, Galileo described Sat-

which the growth of human cul-

Galileo accidentally discovered that

world into one physical frame-

tree with many ramifications. Some

work, within which he came upon

branches remain arid stumps, others survive only because they pro-

Looking up

scope (1 meter in diameter): refrac-

by Enrico Bellone

urn as formed by three spherical

ture has a tree structure of Darwin-

the speed of descent of a small

tors were superseded early-on by

Our discourses must relate to

bodies that are motionless with

ian memory. It is an evolution with

sphere on an inclined plane is not

a prototype of inertia (Wisan 1974)

— The Marageh Observatory, in

much larger, reflecting telescopes.

the sensible world and not to

respect to each other. During the

many unexpected mutations and

constant. Obviously, he could not

and an archetype of the principle

duce new branches and acquire

present-day Azerbaijan, is consid-

— The first scientific institution in

one on paper.

three decades that followed, this

dead branches; it is not governed

measure this speed. He could only

of relativity. But, if we reconstruct

new meaning. I therefore suggest

ered one of the most important

Africa, founded in 1820, was the

(Galileo Galilei, Dialogue con-

strange conformation was repre-

by a transcendent logic and it

estimate the length of the space

Galileo’s legacy in these terms, we

that the modernity of certain theo-

observatories in Islamic history. It

Royal Observatory at the Cape of

cerning the two chief world

sented by numerous, problematical

reveals discoveries that belie their

covered at equal intervals of time

place it within a true evolution of

retical fragments coincides with

became operational in 1262,

Good Hope, South Africa. The

systems, second day)

variations. Only in 1675 was it

discoverers’ expectations or predic-

and discovered, in contrast to his

knowledge. In short, we find, a

this survival mode and that it is

allowing its director Nasir al-Din al-

main buildings were completed in

established that Saturn is sur-

tions (Bellone 2009).

expectations, that the sequence of

posteriori, inertia and relativity.

based on forms of cultural selec-

Tusi to make the observations he

1829 at a cost of £30,000.

In this day and age, is it possible to

rounded by rings and that the pre-

From this alternative point of view,

these distances corresponds to the

Newton and Einstein. A posteriori,

tion. The second set of questions

needed to devise a new model of

— Today, the largest existing obser-

say that Galileo’s works reflect

ceding images had been caused by

the pages written by Galileo pres-

sequence of odd numbers. Thus,

and not as results that were gov-

refers to the following fact: ever

lunar motion, which remained

vatory is the Large Millimeter Tele-

modernity? To do so we would

the structure of the lenses that

ent a number of characteristic

acceleration exists and suddenly

erned by a transcendent logic; we

since

unchallenged until the Copernican

scope, in the high mountains of

have to pinpoint a facet that is still

were available to Galileo and his

traits. The first: sometimes Galileo

both the pre-existing science of

find in Galileo the information

appeared – roughly 12,000 years

the

first

written

texts

revolution.

Puebla, Mexico. It took 10 years

present and vivid in today’s culture.

fellow scholars at the time. But

strove to confirm, in a rigorous

natural motion and Galileo’s own

which is needed to reshape the his-

ago – our species has always made

— In 1894 the young French anar-

and 116 million dollars to build it.

A difficult task. In fact, in modern-

since Galileo died in 1642, in virtue

manner, various points of physical

convictions crumbled.

tory of science as a sector of a cul-

use of elementary arithmetical and

chist Martial Bourdin died when

— The top of Cerro Paranal, in

day science faculties, students fol-

of contextual coherence, a histori-

knowledge whose veracity he did

In January 1610, he aimed his tele-

tural evolution that is typical of our

geometric structures in its attempts

the bomb he was carrying to the

Chile, was flattened during the

lowing courses in mechanics or

an should sustain that because the

not doubt yet he obtained discon-

scope at Jupiter and, over the

species (Cavalli Sforza 2004, Bel-

to adapt itself to its niche. Not by

Royal Observatory in Greenwich

1990s in order to create a large

astronomy study neither the 1632

notions of 1675 were not applica-

certing results that were extrane-

course of just a few nights, he dis-

lone 2003 and 2006).

chance, in recent years discussions

Park, United Kingdom, premature-

enough plateau for Eso’s Very

Dialogue nor Sidereus Nuncius,

ble to Galileo’s writings, in July

ous to his expectations or his pre-

covered the four Medicean stars.

In short, Galileo is modern because

have involved true “embodied”

ly detonated. This was possibly the

Large Telescope to be built: its

which was published in 1610. If

1610 it was discovered that Saturn

dictions (Drake 1979 and 1988).

But we know from his manuscripts

certain aspects of his theories,

mathematics with regard to both

country’s first international terrorist

height went from 2,660 amsl to

anything, Galileo’s writings are

is a three-bodied celestial forma-

The second: sometimes Galileo

that he was not controlling any

interpreted and reinterpreted from

Homo sapiens and other living

attack, and remains unexplained to

2,635.

remembered by historians.

tion. Similar results emerge, with

explored certain astronomical phe-

prediction regarding the possible

generation to generation, are still

bodies (Lakoff and Nùnez 2005,

this day.

— Although some claim that it was

But research into the history of sci-

great frequency, when historians

nomena without cultivating any

number of satellites of this planet –

present in today’s culture. And at

Vallortigara 2005, Oliverio 2008).

— Dome C, in Antarctica, is an

not really suitable for astronomical

ence, as it is usually conducted, is

contextually analyze Galileo’s theo-

expectations at all and without try-

all he did was see them. The same

this point, two sets of questions

astronomical

observation, and perhaps it was

based on the requisite of contextu-

ries of inertia, principles of relativi-

ing to make any predictions. He

holds true for the stellar resolution

arise. The first regards the fact that

All this appears incomprehensible

observation site because it is in

used more for astrology than

ality, according to which a given

ty, rejection of the elliptical orbit of

was simply driven by curiosity and

of various nebulae or of the Milky

these aspects have not been con-

(or irritating) to those who do not subscribe to evolutionistic models

extremely

good

such an extreme location that stars

astronomy, the Cheomseongdae,

theory must be interpreted without

the planets or non-gravitational

came upon revolutionary results

Way: a few weeks of study that

served in their original form but

in the sky are visible even at mid-

in South Korea, is considered the

digressing from the historical con-

causes for tides.

(Righini 1978, Drake 1983). The

was not motivated by predictions

rather are present today after long

of culture, on the basis of which

day in December, when the Sun

oldest surviving observatory in East

text in which it was formulated.

In short, other paths must be fol-

third trait: as time passed, the

but simply by curiosity, and a cen-

sequences of variations. Long

culture is not regarded as a spiritu-

reaches the maximum elevation

Asia. Built in the 7th century, its 27

This precludes any knowledge

lowed in the search for Galileo’s

development of Galilean science

turies-old image of the heavens fell

sequences which are often invali-

al or Descartian mental world and

angle of 38°.

circular layers of cut granite make it

which post-dates that particular

modernity. I suggest the imperative

did not take place as a continuum

two

dated by theses that, always a pos-

ideas begin to be defined as mate-

— Yerkes Observatory in Wiscon-

less than 10 meters tall.

context. If this requisite were strict-

need to abandon the historio-

but rather it was marked by abrupt

episodes, in their simplicity, high-

teriori, appear to be erroneous. In a

rial bodies and theories as physical-

sin, United States, used to be one

ly respected, disconcerting results

graphical models centered on the

twists (Bellone 2008). And finally:

light how a few events that are

famous passage of Galileo’s Dia-

chemical variable states of neural

of the premier observatories of the

would ensue. An example might

dogma of context in favor of evo-

Galileo never wrote a treatise on

fundamental to the birth of mod-

logue, he presents us with the

networks. In this way, an all-

true scientific method and his

ern science – the revolution of the

impossibility

around evolutionistic framework

modernity does not lie in a pre-

telescope and overturning the the-

from a mechanical point of view,

proliferates regarding historical

sumed experimental method. In

ory of motion – are not the results

between a system of reference at

research, investing all of human

fact, as he conducted his research,

of rigorous logic within the growth

rest and one in constant rectilinear

culture (Moretti 2005, Bartocci and

Galileo

oscillated

of knowledge; rather, they repre-

motion. The problem is represent-

Odifreddi 2007).

between acceptance of measure-

sent unexpected twists that were

ed in 1873 (Maxwell 1973) by no

This research can be explored

ments that were not corroborated

independent

less a genius than Maxwell, who

through typical themes of the nat-

by theorems and praise of theo-

intentions or predictions.

mathematically

the

uralistic approach to knowledge

rems lacking experimental confir-

Thus, a window is opened onto the

invariance of equations in the elec-

(Van Orman Quine 1991, Valore,

mation (Bellone 2004).

structure of the growth of knowl-

tromagnetic field by Galilean trans-

Giorello and Pettoello 2004), which

edge: to Galileo, the sequence of

formations: an erroneous compu-

lets us place Galileo’s modernity

consistently

the

wayside.

These

expectations,

distinguishing,

computed

A few concrete themes could help

odd numbers began to connect to

tation whose correction led to Ein-

within a Renaissance framework

us reflect on the above-mentioned

the unknown nature of gravity and

stein’s 1905 theory of the electro-

that has already been well studied

traits. At the beginning of the 17th

the surprising images offered by his

dynamics of bodies in motion (Ein-

by Paolo Rossi (Rossi 2002). In this

century, after years of adherence to

telescope demolished a millenary

stein 2004). The history of science

system, modern science develops

the centuries-old thesis of velocity

astronomical tradition, unifying the

is full of similar situations, which is

as the public knowledge Galileo

101

oxygen

English version

07 – 09.2009

calls on in his Discourses, in which

fling affirmation and the Church’s

and has an objective order that is

They believed that those spots

that one of them, a famous English

had condensed into three simple

technique is praised as a high

reaction is tangible proof. Along

causally structured by relationships

were the symbolic representation,

scientist named Thomas Harriot,

formulas the dozens of volumes

Towards new generations: today’s nuclear energy

the environmental, political and

gy needs, simultaneously reducing

method of culture and the Arsenal

with the sky, Galileo also demol-

that are governed by universal

or even signs of the physical pres-

actually saw Cain and his bundles

which had previously been needed

of Venice is viewed as a place of

ished religious convictions, astro-

mathematical laws. This also holds

ence, of Cain serving out his sen-

of twigs during his observations in

to describe the motion of the plan-

by Giovanni Ricco

combustible fossil fuels. But public opinion is still largely contrary,

social concerns associated with

true philosophizing.

nomical theories and philosophies

true for another concept that was

tence on the Moon by hauling

September 1609 and divulged an

ets and satellites around the Sun.

The global demand for energy

(Please refer to Italian version for

that had endured for thousands of

very important to Galileo, the con-

heavy bundles of twigs back and

unequivocal depiction of them. But

This is an exemplary story of sci-

is destined to increase in

fueled by the fear that the risks of