Un importante chiarimento sul Bosone di Higgs

Dopo anni torno a scrivere su questo blog, spinto da un'urgenza crescente, così come lo è in questo caso la disinformazione sull'oggetto di questo articolo, il famoso bosone di Higgs.
L'articolo si rivolge alle persone curiose ed anche a quelle semi-esperte nel campo della fisica delle particelle.
Quello che avete appreso sul bosone di Higgs dai media, e talvolta anche da riviste specializzate, è al 99% sbagliato. E ora vengo a spiegare il perché di questo 99%.
L'informazione SBAGLIATA al 99% è che il bosone di Higgs, o meglio, il campo di Higgs è ciò che dà massa (e quindi inerzia) alla materia del nostro universo. E quindi se voi pesate tot o vi sforzate tot a spostare oggetti o a fare jogging, lo dovete in tutto e per tutto al campo di Higgs. Affermazione forte, e quanto mai sbagliata... al 99%.

La massa della materia con cui abbiamo a che fare nella vita di tutti i giorni è composta in stragrande maggioranza da protoni e neutroni, detti anche nucleoni. Molti di voi sapranno che queste particelle non sono elementari, bensì sono composte ciascuna da tre quark, tenuti insieme da particelle di legame chiamate gluoni. Quindi, se fossimo in grado di zoomare su un nucleone, non vedremo una pallina, ma tre minuscole particelle in frenetico movimento (i quark). Bene, il campo di Higgs dà massa e sostanza a queste tre particelle, che però costituiscono solo l'1% della massa dei nucleoni. E il resto della massa?, vi chiederete... Eccoci giunti al punto clou dell'articolo! Ora ricordate la famosa legge di Einstein E uguale m per c al quadrato? Essa può anche essere letta come m uguale E diviso c al quadrato. Il premio nobel per la fisica Frank Wilczek, nel libro "The Lightness of Being", suggerisce di chiamare questa formula la 'seconda legge di Einstein'. Questa legge ci dice quindi che la massa è uguale all'energia diviso il quadrato della velocità della luce. In altre parole, l'energia ha massa, cioè pesa e ha inerzia. E proprio questa legge è la risposta al 99% della massa che ci serve per fare tornare i calcoli per quanto riguarda i nostri nucleoni. Ma dove si trova tutta questa energia? Essa è l'energia di legame che tiene insieme i quark e che è mediata dai sopracitati gluoni.
Quindi non è vero che il campo di Higgs è ciò che dà la massa agli oggetti che vediamo intorno: o meglio, questo è vero per l'1 %,  il resto è tutta energia imbrigliata all'interno dei nucleoni.


Ora, mentre è facile immaginare il meccanismo di conferimento della massa per mezzo del campo di Higgs, che viene spesso descritto come un mare di melassa attraverso il quale le particelle devono muoversi (e quindi la resistenza che percepiscono costituisce l'inerzia, e quindi la massa), non altrettanto semplice è concepire come l'energia possa opporre resistenza al suo spostamento. Molti fisici, detta candidamente, non si pongono neppure il problema. Se però si vuole cercare un meccanismo, una possibilità potrebbe essere il principio di Mach. Esso enuncia che la massa di un corpo è data dalla sua interazione gravitazionale con la massa del resto dell'universo. E siccome sappiamo che un campo gravitazionale agisce anche sull'energia, il principio di Mach, nel caso per esempio del nostro nucleone, si applica senza distinzione a tutta la massa-energia che lo costituisce. Sarebbe un meccanismo analogo al già confermato effetto Lense-Thirring, per cui ad un corpo posto nei pressi di una sfera in rotazione viene impartita una certa energia cinetica, come se lo spazio circostante venisse trascinato dalla rotazione della sfera stessa. Nel caso di un corpo che venga accelerato, dal suo punto di vista è come se tutto l'universo venisse accelerato nella direzione opposta, e questo creerebbe la reazione inerziale a cui tutti siamo abituati quando muoviamo le cose.
Tra i fisici si dibatte ancora se il principio di Mach sia o no incluso 'naturalmente' nella relatività generale, e quindi non possiamo ancora dire con certezza se esso sia vero o no. Ma almeno il fatto che esso possa rappresentare una spiegazione dell'esistenza dell'inerzia, ponendo così in relazione reciproca ogni costituente dell'intero universo in una visione olistica, lo rende senz'altro molto affascinante.

Energia elettrica dall'atmosfera terrestre. Una vecchia idea dimenticata?

Solare, eolico, idroelettrico, geotermico, biogas. Queste le principali fonti di energia rinnovabili e non inquinanti. Ma siamo sicuri di non tralasciare qualcosa?

E' risaputo che l'atmosfera terrestre presenta una differenza di potenziale che aumenta con l'altezza. Per i non addetti ai lavori è come se l'atmosfera fosse una batteria carica. Questo è evidente durante i temporali, quando questa carica trova sfogo in quei fenomeni spaventosi ed affascinanti che sono i fulmini. Molti hanno immaginato e studiato metodi per immagazzinare l'energia del fulmine, ma ciò presenta numerosi problemi: 1) non si sa in anticipo dove un fulmine colpirà o comunque dove un temporale avrà luogo; 2) anche se si potesse intercettare un fulmine, attirandolo per esempio con una sorta di parafulmine, sarebbe estremamente difficoltoso immagazzinarne tutta l'energia, dal momento che la scarica è molto breve; 3) inoltre, la maggior parte dell'energia del fulmine si dissipa in luce, calore e suono. Per farla breve, una "centrale elettrica" basata sull'intercettazione dei fulmini non sarebbe molto proficua.

Cosa meno nota, però, è che l'atmosfera possiede questa carica anche quando in cielo non c'è neppure una nuvola. L'idea di ricavare energia elettrica direttamente dall'atmosfera terrestre risale a più di un secolo fa. A mia conoscenza - esorto i lettori a postare commenti nel caso siano a conoscenza di altri studi - l'ultimo e più promettente studio in questo campo fu effettuato dall'ingegnere ed inventore estone Hermann Plauson. I suoi studi ebbero luogo negli anni 20, quindi quasi un secolo fa. Possibile che da allora non ci sia stato nessun avanzamento in questo campo? Perché  l'idea dell'estrazione di energia elettrica dall'atmosfera terrestre è andata a finire nel dimenticatoio, pur sembrando promettente al tempo degli studi di Plauson?

Immagine tratta dalla rivista "Science and Invention" (1922),
dove si descrive l'invenzione di Hermann Plauson

Vediamo prima di dare una breve descrizione del metodo utilizzato da Plauson. Un collettore di elettricità, costituito per esempio da un pallone pieno di elio, veniva fatto salire ad una altitudine di diverse centinaia di metri, collegato a terra tramite un cavo conduttore. Il pallone stesso era costituito da materiale conduttivo ed era ricoperto da innumerevoli aghetti, capaci di raccogliere l'elettricità atmosferica tramite un fenomeno chiamato emissione ad effetto di campo. L'elettricità ad alto voltaggio veniva convogliata a terra mediante il cavo conduttore, e veniva trasformata in elettricità a basso voltaggio per poter essere utilizzata dalle comuni utenze elettriche.
Nella descrizione della sua invenzione, Plauson riferisce di essere riuscito ad ottenere circa 3.4 kW (kilowatt) in un esperimento "pilota" utilizzando due di questi palloni.

Ritornando alla domanda di prima: perché una tecnologia così promettente venne abbandonata?
Si possono fare diverse ipotesi. Il metodo di Plauson prevedeva - anche se non ne era vincolato - l'uso di materiale radioattivo (radio e/o polonio), le cui proprietà ionizzanti venivano utilizzate come "catalizzatore" per incrementare l'afflusso di corrente. E' ovvio che oggigiorno qualsiasi proposta di energia alternativa basata sull'uso di materiale radioattivo non sarebbe vista di buon occhio, considerando il possibile impatto ambientale che potrebbe derivare dalla contaminazione accidentale.  Come nota  a latere è interessante riportare che fino agli anni ottanta è stato utilizzato, anche in Italia, un tipo di parafulmine ricoperto di un sottile strato di americio (un materiale radioattivo), simile nel concetto ai collettori di Plauson: inutile dire che attualmente questi dispositivi sono diventati fuorilegge.

Un altro possibile motivo per cui l'idea venne abbandonata può essere collegato al fatto che le necessità energetiche negli anni 20 erano di gran lunga inferiori rispetto a quelle odierne: una tipica "centrale" "alla Plauson", composta da 100 palloni separati l'uno dall'altro di circa 100 metri (quindi 1 km di lato),  avrebbe generato qualche centinaio di kilowatt: una potenza di tutto rispetto per quei tempi, ma che impallidisce un po' se confrontata con l'energia prodotta da un solo generatore eolico - circa 1 Megawatt. Questo motivo, però, giustificherebbe solo in parte l'abbandono della ricerca in questo campo, poiché un sistema che permetta di ricavare seppur anche qualche kilowatt utilizzando solo un paio di palloni potrebbe essere competitivo - rispetto all'eolico - in zone poco ventose e non servite dalla rete elettrica. Aggiungiamo a questo punto un vantaggio che questo sistema avrebbe sia sull'eolico che sul solare: produzione ininterrotta 24 ore su 24 e 365 giorni all'anno.

A quanto pare, quindi, l'unico grosso ostacolo sembrerebbe essere rappresentato dall'utilizzo di materiale radioattivo. E qui ci viene incontro il recente sviluppo tecnologico. Nel corso degli ultimi anni, infatti, sono state sviluppate tecniche per ottenere dei nanomateriali molto efficienti dal punto di vista dell'emissione ad effetto di campo: si tratta in pratica di super-aghetti che potrebbero funzionare come collettori efficaci di elettricità atmosferica senza ricorrere all'uso di materiale radioattivo. Qualcuno potrebbe obiettare, e a ragione, "Ma questi particolari nanomateriali sono sicuri dal punto di vista della salute?". Purtroppo, trattandosi di nuove tecnologie, è ancora difficile stimare l'impatto in tal senso, ma alcuni studi sono in corso. Se, come si spera, questi materiali saranno ritenuti innocui per la salute, allora non è da escludere che la ricerca sull'energia elettrica ricavata direttamente dall'atmosfera terrestre ritrovi un nuovo vigore e questa fonte non ancora sfruttata possa andarsi ad affiancare alle più conosciute fonti rinnovabili e non inquinanti.

Come nota finale è doveroso aggiungere che anche senza utilizzare materiale radioattivo e i nanomateriali di cui sopra, un sistema simile a quello di Plauson potrebbe fornire quantità modeste ma utili di energia elettrica, trovando applicazione soprattutto nelle aree dei paesi in via di sviluppo lontane da grossi centri abitati.

Strano modo di comunicazione

-Hai visto qui?

-Sì… molto curioso…

-Certo che non si finisce mai di trovarne di stranezze, fra le stelle!

-1.42 GHz… questo non è così strano, potrebbe avere un senso. Se non sbaglio, è la frequenza dell’idrogeno…

-…Ed essendo l’idrogeno l’elemento più diffuso nell’universo… Ok, questa gliela passo.

-Vediamo un po’ cosa contiene? Uhmm, non si capisce granché, ma sembra esserci una certa logica.

-Però, che pena mi fanno!

-Hai ragione! Con tutti i metodi di comunicazione che esistono, proprio questo hanno utilizzato per cercare di contattare forme di vita extraterrestri! Onde elettromagnetiche.

-Duecentotrentasette civiltà in questa galassia; ognuna ha seguito diligentemente il suo sviluppo tecnologico, evitando di rimanere invischiata nella melassa elettromagnetica. E poi arrivano questi, che sperano di contattare qualcuno utilizzando tali stravaganze! Da queste letture, poi, sembra che se ne servano ampiamente per comunicare tra loro, anche se oramai l’etere è saturo e il livello di radiazione comincia a danneggiare i loro corpi.

-Notificalo nel registro NCDN[1], e dì a Jikf di preparare qualcosa per mandar loro un contentino, uhm, diciamo… di 20TeraWatt. Dovrebbero udire forte e chiaro. Ma solo numeri primi e pigreco, non voglio che si montino la testa.

-Sono d’accordo. Quando avranno imparato ad utilizzare le onde gravitazionali, se ne riparlerà.

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[1] Nuove Curiosità Della Natura

Questo raccontino del 2004, che mostra il punto di vista di ipotetici alieni nel momento della scoperta della nostra civiltà, aveva lo scopo di rimarcare quanto noi diamo per scontato l’uso delle onde elettromagnetiche per le comunicazioni. Oggi non siamo del tutto certi degli effetti di livelli seppur minimi di onde elettromagnetiche sul funzionamento delle cellule: forse ai livelli attuali non potranno causare un danneggiamento diretto, ma non è da escludere che possano modularne in maniera inaspettata i meccanismi interni. Provate a pensare che in questo momento, in qualunque parte civilizzata del globo vi troviate, il vostro corpo viene continuamente attraversato da milioni di onde elettromagnetiche provenienti da ripetitori per cellulari, emittenti radio-televisive, radar...

E seppur ora il livello di radiazione elettromagnetica non sembra così elevato da danneggiare il tessuto vivente, provate ad immaginare cosa succederebbe nei prossimi cento anni se la rete di telecomunicazioni continuasse a crescere al ritmo vorticoso di oggi. Forse si potrà davvero parlare di “melassa elettromagnetica”. Sarà quindi meglio cominciare a cercare altri metodi di comunicazione...

L'avatar prossimo venturo gira su due ruote

L'altro giorno, leggendo le notizie nella sezione "News Scan" di Scientific American di questo mese, mi sono imbattuto in un articoletto che mi ha lasciato a bocca aperta, perché ha descritto, proprio come me l'immaginavo, una diavoleria tecnologica che avevo incontrato pochi giorni prima nel romanzo di fantascienza "Einstein's Bridge", scritto nel 1997 dal fisico americano John G. Cramer. Nel romanzo si descriveva un robot su ruote, vagamente umanoide, che si aggirava tra gli uffici e i cantieri del super acceleratore di particelle SSC, sotto il controllo di una persona situata a diversi km di distanza. Il robot possedeva un paio di occhi, attraverso i quali la persona distante poteva vedere, ed un piccolo schermo, che mostrava l'immagine della persona stessa.

QA - Il fratello maggiore di QB

Forse a questo romanzo si sono ispirati i creatori di "QB" il robot/avatar capace di dare a chiunque possegga internet - e ovviamente un tot di soldi - il dono dell'ubiquità.

Una sorta di "Skype potenziato", che consente all'utente di muoversi liberamente (o quasi), nell'ambiente in cui si trova l'avatar.

QB in azione

Per ora il robot in questione non è in grado di interagire materialmente con cose e persone, nel senso che non possiede arti che possano essere comandati - come il robot descritto nel romanzo di Cramer. Tuttavia ciò non sembra costituire un grosso ostacolo per una futura  implementazione. Per cui, in un domani forse neanche tanto lontano, possiamo immaginarci di vagare virtualmente in una località remota, scambiando due chiacchiere con amici, con tanto di strette di mano, abbracci e baci (... uhm..., forse per questi ultimi dovremo aspettare ancora un po'...).

Quel treno del tubo!

Correva l'anno 2002, quando buttai giù l'idea embrionale di un mezzo di trasporto peculiare (qua a fianco riporto una scansione della pagina di appunti sperimentali): un tubo in cui si sia fatto un vuoto parziale, dentro cui fare scorrere una sorta di treno a levitazione magnetica.
I vantantaggi di un simile approccio sarebbero molteplici e si potrebbero condensare nella seguente lista: 

• velocità ottenibili di gran lunga superiori a quella del suono nell'aria
• attrito nullo
• ridotto dispendio energetico (possibilità di reimmagazzinare quasi tutta l'energia in frenata)
• riduzione del rumore

Al tempo di quegli appunti, mi ricordo che pensai al fatto che, se fosse esistito un treno del genere che collegasse  Rimini con Vienna (800 km), il tempo di percorrenza si sarebbe ridotto a qualche decina di minuti (invece delle 12 ore necessarie in treno o le 2-3 ore - compreso check-in e tutto - in aereo)! Incredibile!

Allora feci una ricerca su internet per vedere se già esistesse in giro un concetto simile, ma non trovai nulla. A quando pare proprio in quegli anni, però, la stessa idea doveva frullare per la testa di un certo signor Okano, visto che nel 2003 egli pubblicò un articolo sulla fattibilità di tale opera ingegneristica (anche se si riferiva al trasporto di cose e non di persone).

A cercare bene, oggi si trovano più fonti, anche risalenti a diversi anni prima, dove però non si considerava l'utilizzo della levitazione magnetica ma solo del tubo a vuoto.

Oggi esiste almeno una compagnia che si sta dando da fare per la realizzazione di un simile sistema:

http://www.et3.com/

Altre informazioni su:

http://nextbigfuture.com/2010/08/china-working-towards-600-mph-maglev.html

Il sito della ET3

Io continuai a lavorare nel campo della propulsione spaziale e l'idea rimase solo un appunto su un libro di esperimenti... Ma è ironico che il motto della compagnia di cui sopra sia: "Space Travel on Earth (TM)"!

A proposito di "bioidingegneria"... Il primo microorganismo con DNA artificiale

E' nel numero di Agosto di Scientific American la notizia del primo microorganismo con DNA costruito artificialmente in laboratorio. Lo scorso marzo alcuni scienziati del Craig Venter Institute di Rockville (Maryland) hanno inserito il genoma sintetizzato del batterio Mycoplasma mycoides in una cellula di Mycoplasma capricolum, e prontamente il nuovo DNA ha cominciato a far lavorare la cellula come se fosse un batterio M. mycoides. Nel giro di tre giorni i ricercatori si sono ritrovati con un'intera colonia di M. capricolum "comandati" da DNA sintetico di M. mycoides.

Emblematico è ciò che ha detto Craig Venter - il leader del gruppo di ricercatori - durante una conferenza stampa: "Questa è la prima cellula auto-riproducentesi sul pianeta ad avere un computer come genitore".

A quanto pare l'Era Bioide descritta nei post precedenti non sembra poi tanto lontana...

Fonte: Scientific American, Agosto 2010

"Ipotesi sul futuro" (parte 3)

Con questa terza parte si conclude la mini-raccolta di considerazioni sparse su tre ipotetiche tecnologie future (l'Immagine, i MIRT e la Bioidingegneria) e  il loro probabile impatto sul genere umano. Gli appunti che seguono sono un misto di considerazioni sul metodo deduttivo e di descrizioni a posteriori (ritorna il "modello" enciclopedico) di eventi futuri.


Problemi di futurologia. L’Era Bioide, l’Immagine e i MIRT
Nell’ambito della futurologia, ovvero la descrizione deduttiva del futuro, si pone il problema di come impostare in maniera logica il processo di deduzione. Generalmente si parte da presupposti semplici, che coinvolgono situazioni generiche, e si estrapola quella che più verosimilmente potrebbe essere la loro evoluzione futura. Il problema principale risiede nel fatto che non è detto che quelli che sono ora fattori determinanti potrebbero svolgere la loro funzione anche in futuro, o in ogni caso essere l’origine diretta di altri fattori determinanti. Questi ultimi, infatti, hanno spesso origini indipendenti e si sviluppano da fattori embrionali di cui non è possibile prevedere l’origine.
La descrizione di un mondo del lontano futuro, dunque, se eseguita con la pretesa di verosimiglianza, soffrirà sempre del difetto dovuto all’imprevedibilità di quelli che saranno i reali fattori determinanti. Non è possibile sapere, a causa dell’evoluzione caotica della casualità, quali dei fattori embrionali presenti potranno diventare determinanti per il futuro. Inoltre, se la visione si spinge verso un futuro remoto, tali fattori embrionali devono ancora avere origine, ed in questo caso la descrizione diventa praticamente impossibile.
Ciò che si cerca di fare nella descrizione del futuro è determinare almeno l’ “ambiente base”  che farà da sfondo allo svolgimento della storia e ne influenzerà il corso.

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« L’era bioide fu caratterizzata da una costante ricerca di possibili applicazioni dell’ingegneria genetica avanzata alla vita quotidiana ed all’industria. La possibilità di manipolare il DNA fino a riuscire a costruire anche dal nulla una nuova forma di vita aprì nuove ed eccitanti prospettive per il futuro prossimo.
L’applicazione più meravigliosa che si riuscì ad attuare nella fase media dell’era bioide furono le bionavi stellari. In esse si ritrovarono applicati tutti i più recenti progressi del campo bioingegneristico, primo fra tutti la produzione di un ambiente strettamente simbiotico fra uomo ed essere bioide. La bionave stellare non si limitava cioè solo a contenere ed a trasportare con sé gli esseri umani, ma era legata a loro tramite un continuo flusso di materiale biologico. Essa si nutriva di tutti i rifiuti biologici umani, producendo aria respirabile e cibo commestibile. Ma non solo. Esisteva anche un legame più prettamente psicologico, nel quale essa esprimeva il suo “stato d’animo” tramite suoni e immagini multicolori che emanavano dalle pareti o in una apposita “stanza”, che potrebbe essere definita "stanza di ricreazione".

Per quanto riguarda il sistema propulsivo, esso si basava sulla trasposizione bioide del concetto tecnologico di vela solare magnetica utilizzato nei moderni velivoli spaziali. In tale sistema propulsivo, l’interazione dinamica del campo magnetico prodotto da un solenoide ed espanso dal plasma emesso dalla sonda stessa permetteva di ottenere una spinta notevole, variabile da 0 a 1g per i voli all’interno del sistema solare. Verso la fine della fase media dell’era bioide si cominciarono a sviluppare le prime bionavi interstellari, capaci di raggiungere accelerazioni dell’ordine delle migliaia di g. In questa fase non furono realizzate però bionavi interstellari che trasportassero uomini, anche perché le accelerazioni avrebbero distrutto qualsiasi essere vivente terrestre, ma solo bionavi-sonde automatiche. Questo era dato dal fatto che con l’immagine era possibile interfacciare direttamente l’essere umano con i sensori della sonda e così si realizzava una sorta di trasporto virtuale che, a detta degli esseri umani dell’epoca, era “più reale del reale”. Così, migliaia di viaggiatori sulla terra esplorarono le profondità dello spazio remoto, vivendo fino alla veneranda età media di 200 anni, facendo alcune delle più sensazionali scoperte in ambito astrofisico. Non era comunque raro che qualcuno raggiungesse i 250 anni di età, pur se non in ottime condizioni di salute. I MIRT alimentari e quelli riparatori garantivano infatti la salvaguardia dell’essere umano nella sua totalità, senza bisogno di intervento esterno alcuno. »

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A questo punto, potrebbe sorgere il seguente interrogativo futurologico: “Se l’uomo concepisse una tecnologia di immagine capace di ‘trasportare’ la sua mente in ogni luogo come se si trattasse di un viaggio reale, anzi, ‘più reale del reale’, esisterebbe ancora la spinta di esplorare lo spazio ‘di persona’?”. E’ chiaro che questo interrogativo rappresenta un importante bivio nella possibile storia futura degli esseri umani. A seconda che la risposta sia positiva o negativa, infatti, si avrebbe uno spazio popolato da esseri umani od uno spazio popolato da sonde mediatrici dell’immagine… una bella differenza, non c’è che dire!
Esiste comunque un evento che dovrebbe indurre nell’uomo questa spinta di esplorazione spaziale profonda, e cioè la certezza che prima o poi il pianeta natale, e con esso il sistema planetario di cui fa parte, diventeranno luoghi altamente inospitali per la vita. Ho utilizzato il condizionale dal momento che esiste anche un’ulteriore alternativa. Se infatti l’uomo riuscisse a sviluppare una tecnologia in grado di “domare” il processo di fusione che avviene nel Sole e l’ecologia planetaria (terraforming), e con essa un nuovo metodo di produzione di energia, non è detto che esso debba per forza allontanarsi dal proprio sistema solare, poiché potrebbe rendere “eternamente abitabili” i mondi di cui esso è costituito.
Esiste anche la possibilità che questo bisogno di domare le forze cosmiche porti l’uomo a riscoprire la bellezza del volo spaziale, dal momento che lo spostamento da un pianeta all’altro dovrà senz’altro essere fisico, reale. Ad ogni modo, l’utilizzo massiccio di robot (e con questo termine si intendono tutte le macchine “servitrici” dell’uomo, dai computer ai MIRT), legato alla possibile dipendenza dell’uomo dall’Immagine, potrebbe prospettare una migrazione spaziale, dalla Terra ad un altro pianeta del sistema solare, del tutto inusuale, con esseri umani continuamente legati all’Immagine e “impacchettati” come merce per essere imbarcati da robot su navi spaziali in rotta verso il pianeta di destinazione.

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Fattori determinanti: Immagine – MIRT – Bioidingegneria (Ingegneria degli esseri Bioidi)
E’ molto probabile che lo sviluppo di questi fattori determinanti avrebbe un enorme impatto sul futuro della vita umana. E’ piuttosto facile prevedere cosa potrebbe succedere se si considera lo sviluppo di un fattore alla volta. Più difficile, anzi, praticamente impossibile, diventa prevedere le innumerevoli possibilità di interazione fra questi tre fattori, considerando come incognita anche la velocità di sviluppo del singolo fattore. La bioidingegneria, infatti, potrebbe essere un fattore inibente nei confronti dei MIRT solo se essa dovesse raggiungere un alto grado di sviluppo, altrimenti potrebbe avvenire l’inverso, e cioè che la bioidingegneria non sia in grado di trovare spazio perché i MIRT da soli sono capaci di “soddisfare” le necessità e i desideri umani.
Poi l’Immagine potrebbe essere mediata da MIRT o da bioidi, ed essere totalmente dipendente da questi; la creazione stessa dell’Immagine potrebbe essere impossibile senza MIRT o bioidi.
Lo sviluppo dell’Immagine potrebbe, d’altro canto, essere inibito dallo sviluppo dei bioidi e/o dei MIRT, poiché con essi sarebbe possibile sviluppare nuovi e più veloci sistemi di trasporto, sia terrestre che spaziale…anche se, considerando l’attuale tendenza all'“impigrimento” del genere umano, questo non sembra essere uno scenario molto plausibile. In altre parole, se si avesse uno sviluppo adeguato della videoconferenza come oggi la si intende verso uno strumento di tipo Immagine, sebbene rudimentale, non si vede perché qualcuno si debba imbarcare in un viaggio di diverse ore per poter interagire con un’altra persona distante.
Potrebbe esistere un futuro dove MIRT e bioidi siano in stretto rapporto tra di loro. Come descritto nel brano “Futuro – Ipotesi I” (nota: questo era il titolo-bozza dato al racconto-saggio in preparazione), lo sviluppo di DNA preprogrammato potrebbe essere impossibile se si esclude l’utilizzo di MIRT. Più difficile è pensare il contrario, e cioè che la concezione dei MIRT sia in qualche modo legata alla bioidingegneria, anche se, come si è or ora visto, potrebbe esserne legato il loro sviluppo.

© Nembo Buldrini

"Ipotesi sul futuro" (parte 2)

« L’era bioide. Nonostante con i MIRT si riuscisse ad ottenere praticamente tutto, presto sorsero nell’uomo dei desideri per noi imperscrutabili, che lo portarono alla costruzione della più incredibile invenzione umana: il DNA preprogrammato. Grazie all’ausilio dei MIRT e alle conoscenze acquisite sulla meravigliosa doppia elica della vita, fu possibile sviluppare una tecnica avanzata di manipolazione del DNA. Più che di manipolazione sarebbe corretto parlare di creazione o costruzione, dal momento che venivano concepiti nuovi genomi, contenenti tutte le istruzioni per generare qualsiasi “cosa” potesse venire in mente al suo creatore. Si cominciò con impianti per l’illuminazione pubblica, vere e proprie selve di alberi-lampione, capaci di accumulare energia luminosa durante il giorno e di riemetterla durante la notte. Seguirono le costruzioni abitative, che venivano “costruite” semplicemente piantandone il seme in un terreno ben fertilizzato: grazie alla crescita accelerata, nel giro di poche settimane la nuova casa era pronta ad essere abitata.
Venne coniato un nuovo aggettivo, che permetteva di distinguere le costruzioni generate dal DNA preprogrammato dalle altre: bioide.
Case bioidi dunque sorsero, è il caso di dirlo, come funghi e ben presto si crearono centri urbani bioidi, caratterizzati anche da un alto livello di simbiosi interna, anch’essa opportunamente scritta nel codice genetico delle abitazioni.
Sorse una nuova professione (anche se, in quei tempi, la parola professione aveva perso il suo significato originale), quella del programmatore di DNA, che poteva essere legittimamente definito un vero e proprio “ingegnere genetico”, ed il cui compito era quello di progettare catene di DNA funzionanti, capaci cioè di garantire la creazione senza intoppi di ciò che era richiesto dal cliente. I possibili “intoppi” che si potevano incontrare erano principalmente rappresentati da incompatibilità geniche all’interno della catena: molto spesso, infatti, l’azione inibente di un gene veniva contrastata dall’azione promotrice di un altro, causando il più delle volte malfunzionamenti della creazione finale o addirittura l’impossibilità del suo sviluppo. Una volta completato il progetto del nuovo DNA, esso veniva letteralmente costruito, pezzo per pezzo. Il programma guidava i MIRT nella composizione della catena biotica e dell’ambiente di supporto, il “seme”, entro il quale essa sarebbe stata posta, e che avrebbe rappresentato l’incubatrice per i primi istanti di sviluppo dell’”embrione”. In alcuni casi, il seme era analogo ai suoi consimili vegetali e bastava piantarlo in un terreno opportunamente fertilizzato. Altre volte il procedimento era più complicato, come nel caso delle navi spaziali, che venivano “generate” accostando il seme attivato ad una massa asteroidale: appena il seme si apriva, una serie di piccoli tentacoli specializzati cercava la fredda parete dell’asteroide e, una volta ottenuto il contatto con essa, vi affondava le possenti “radici”. Subito dopo comparivano le “foglie”, che, traendo energia dal sole, provvedevano ad alimentare l’efficiente macchina vivente capace di trasformare i minerali grezzi della roccia in elementi utili alla costruzione dell’astronave bioide. Dopo un periodo di tempo che andava da pochi giorni a poche settimane (a seconda della grandezza), la nave spaziale giungeva a “maturazione”, all’interno di un enorme bozzolo composto da bambagia silicea.
Naturalmente tutte queste forme di vita bioide erano sterili, nel senso che non davano origine a semi fertili (il più delle volte le parti genitali erano comunque funzionali per l’essere, un po’ come lo sono i testicoli e le ovaie con la produzione di ormoni all’interno del corpo umano). Tutte tranne una forma particolare di astrosonda bioide.
Nel 2920 partì infatti il progetto BEN, acronimo di Bioneural Energy Network. Esso rappresentava la frontiera dell’esplorazione spaziale e fu colto con grande entusiasmo dall’opinione pubblica. Un cluster di 128 mini sonde spaziali bioidi vennero lanciate in ogni direzione alla volta dello spazio profondo. Ciascuna sonda era concepita in modo da poter comunicare attivamente alle altre i dati raccolti e di replicarsi utilizzando il materiale planetario incontrato lungo il proprio cammino. Era prevista anche la possibilità di atterrare sul pianeta oggetto di studio e dar luogo ad una moltiplicazione di massa per affrontare il prossimo lungo viaggio verso il sistema planetario successivo.
Tutte le informazioni raccolte, dunque, venivano inviate alle altre sonde, che facevano da ponte radio, fino ad arrivare alla Terra, dove venivano convogliate nell’Immagine. Grazie al progetto BEN, dunque, nel giro di dieci anni, dalla Terra era possibile spostarsi “virtualmente” all’interno di uno spazio pressoché sferico con raggio medio di 100 anni luce con centro la Terra. A quell’epoca, il numero delle singole sonde aveva superato i cento miliardi di unità.

Era addirittura possibile controllare da Terra un gruppo esiguo di unità BEN pro capite, per poter navigare liberamente all’interno della galassia. Ad ogni modo la possibilità di controllo non era infinita, ma veniva regolamentata dalle direttive principali contenute nel codice genetico BEN.
In queste complesse forme viventi, si ritrovavano tutti gli espedienti utilizzati dalla natura per la crescita (metamorfismo, …), oltre a nuove e geniali qualità concepite dagli ingegneri genetici e, a dire il vero il più delle volte, dai computer di programmazione. Una di queste ultime consisteva nella capacità di adattarsi all’ambiente sfruttando un algoritmo dinamico ad hoc che si modificava a sua volta dopo aver impostato la variazione genetica. L’unico pericolo che risiedeva nell’utilizzo di questa novità, si scoprì ben presto, consisteva nella possibilità di variazioni imprevedibili e “cancerose”, che potevano mettere a repentaglio l’intera rete dei BEN.
[...]
La creazione finale, l’”oggetto” di cui si aveva bisogno, poteva essere o il rimasuglio di ciò che il vivente costruiva durante la sua breve esistenza, era questo il caso delle prime abitazioni bioidi, costituite dal resto inerte di un essere simile al corallo; oppure essa poteva continuare a vivere, espletando servizi utili e/o essenziali al suo corretto funzionamento. Nelle case bioidi più moderne, per esempio, l’illuminazione era garantita da un sistema integrato simile a quello degli alberi-lampione ed i rifiuti organici degli abitanti venivano riciclati da una sorta di stomaco che li scomponeva nei loro elementi base e li riutilizzava per il rinnovamento dei “tessuti” e per la produzione di energia.
[...]
Ben presto furono sviluppati potenti software capaci di generare DNA preprogrammati senza l’ausilio di operatori esperti. Questi software prevedevano anche l’ottimizzazione di sequenza, che permetteva, tra le altre cose, l’eliminazione di sequenze geniche ridondanti e l’integrazione di una sequenza di ultrasviluppo, capace di accelerare ulteriormente il processo di crescita dell’essere bioide. Così, grazie anche alla diffusione di nuovo software con interfaccia user-friendly, nell’uso dei quali l’unica cosa di cui si aveva bisogno era solo una grande immaginazione, ogni persona aveva la possibilità di crearsi qualsiasi oggetto bioide.
Nel giro di pochi anni la terra incominciò ad essere “popolata” da creazioni bioidi. Quasi tutti i mezzi di trasporto tradizionali furono affiancati dai nuovi fenomeni della scienza. Parallelamente, le applicazioni di tale nuova scienza si diffusero nello spazio.
Così, accanto alle affilate e baluginanti navi spaziali costruite dai microscopici ed instancabili MIRT, comparvero le organiche e stravaganti bionavi stellari.
[...]
In un futuro alternativo, forse, la tecnologia dei MIRT non si sarebbe sviluppata così rapidamente e fino all’estremo se eventi accidentali avessero portato prima l’uomo alla creazione del DNA preprogrammato. Probabilmente si sarebbe vissuti per secoli (o anche per millenni), cullati dal trastullo di quelle creazioni che a noi parrebbero abominevoli, senza quei piccoli robot amici che ormai impregnavano ogni centimetro quadrato dell’esistenza umana. »

"Ipotesi sul futuro" (parte 1)

Correva l'anno 1999, quando cominciai a buttar giù un paio di righe su quella che sarebbe potuta essere l'evoluzione tecnologica nel nostro futuro (più o meno remoto). L'idea era quella di farne un romanzetto di fantascienza - o una specie di saggio, fra fantascienza e futurologia - cosa che decadde per vari motivi. Rileggendo quelle righe ad una distanza di 11 anni, mi sono reso conto che molte delle idee riportate stanno quasi per essere messe in pratica nel mondo reale e molte idee di tipo più fantascientifico cominciano a mostrare una patina color sepia. Così mi sono deciso di pubblicare, divisi in un paio di post, quegli "appunti" vecchi, prima che il tempo li trasformi in qualcosa di completamente scontato ed obsoleto. Sono scritti piuttosto "tecnici", molto simili ad una sorta di "enciclopedia galattica" (in senso asimoviano), che faranno piacere se non altro agli appassionati del genere hard science fiction. Il primo che riporto presenta la descrizione di una delle tre tecnologie che pensavo (e penso tutt'ora) potessero essere tecnologie capaci-di-cambiare-il-mondo. La prima è quella che ho chiamato Immagine, una sorta di evoluzione naturale di internet. La seconda sono i cosiddetti MIRT (MIcro RoboT) - nome che, con il senno di poi, avrebbe avuto senso cambiare in NART (NAno RoboT). La terza tecnologia è quella che chiamai Bioidingegneria, le cui caratteristiche scoprirete nel corso della lettura del prossimo post...

« L'Immagine. L'Immagine è una sorta di Super Realtà Virtuale. Per “andare” in qualsiasi posto basta collegarsi all’Immagine, che sarebbe la rete mondiale e planetaria di proiettori-ricevitori di stati fisici. Gli stati fisici vengono trasmessi in tempo reale (in realtà vi è una differita di qualche millisecondo) e sono caratterizzati da una risoluzione di poco superiore alla risoluzione cerebrale. Gli stati fisici vengono captati tramite un sensore che incorpora le capacità di una telecamera a largo spettro (dall’infrarosso lontano all’ultravioletto), di un microfono (anche se non è esatto chiamarlo così, infatti ha un range di sensibilità che va da 0,001 Hz a 70000 Hz), di un’antenna a larga banda (dalle ELF alle EHF, fino ai raggi X e gamma), di un analizzatore di campo elettrico, di un magnetometro ed infine di un analizzatore molecolare (un “naso” capace di riconoscere pressoché tutti i tipo di molecole). Praticamente tutto ciò che vi può essere di “interessante” viene captato ed immesso nella rete. Il numero di questi sensori è variabile, dato che vengono costruiti e distrutti continuamente, a seconda della domanda. Ad ogni modo ormai non esiste angolo del pianeta che non sia scrutato da uno di questi “occhi”; anche il sistema solare pullula di questi sensori, dotati di una micro-unità di trasporto spaziale capace di spostarli rapidamente nel vuoto interplanetario.
L’interfaccia tra corpo umano e l’Immagine è rappresentata da quattro gruppi di MIRT (MicroRoboT) specializzati situati rispettivamente nel midollo allungato, nell’orecchio interno, nel cervelletto e nell’encefalo. Da queste quattro posizioni strategiche i MIRT hanno pieno accesso a tutte le facoltà sensoriali dell’ospite. Grazie ad essi è possibile il totale coinvolgimento del corpo umano in una esperienza sensoriale la cui origine può essere situata ad una distanza teoricamente infinita dal corpo stesso. Il gruppo di MIRT impiantati nel midollo allungato, in stretta sinergia con i gruppi dell’orecchio interno e del cervelletto, presiedono principalmente alla gestione degli eventi motorii ed inducono, sotto il controllo cosciente dell’ospite, uno stato di totale paralisi, garantendo contemporaneamente un feedback virtuale relativo alle sensazioni motorie indotte. L’impulso neuroelettrico che causerebbe, per esempio, il movimento delle gambe viene infatti intercettato dai MIRT del midollo allungato, i quali lo elaborano, emettendo un impulso di feedback diretto al cervello. In altre parole, l’ospite ha proprio la sensazione vivida di camminare anche se i muscoli delle gambe non effettuano alcuna contrazione ed il corpo rimane totalmente fermo.
Il gruppo dell’orecchio interno garantisce ovviamente anche la percezione delle sensazioni sonore. Il gruppo dell’encefalo, il più cospicuo, provvede allo smistamento delle altre informazioni sensoriali ed alla supervisione delle operazioni degli altri gruppi.
Di fatto, per l’ospite, non esiste alcuna differenza tra il vivere una situazione reale ed una virtuale creata dall’Immagine. E’ addirittura possibile vivere situazioni di tipo “mangereccio”, nelle quali la sensazione di fame non è indotta artificialmente, ma consiste nella risposta fisiologica dell’organismo nutrito da MIRT alimentari. Quest’ultima caratteristica ha portato all’utilizzo continuativo dell’Immagine, che può protrarsi per un tempo teoricamente infinito. [...] »

Mondi Remoti

«Visto da questa altura, il crepuscolo sulla città è splendido. I veicoli scorrono silenziosi nelle piste, lasciando dietro di sé una scia effimera. Gli edifici e le piazze risplendono dei colori artificiali delle tenui lampade di illuminazione pubblica. La foschia si leva leggera, tingendo di porpora l’orizzonte confuso. La cordigliera si staglia sullo sfondo, maestosa e rassicurante, come ad abbracciare la periferia desolata. L’unico rumore è quello della brezza indecisa, che si fonde con gli arbusti e con le rocce dell’altopiano. Il profumo del nestro e dello streglio si mischiano in un odore esotico, regalando sensazioni olfattive corroboranti e distensive. Il padre si avvicina prudentemente al bordo, tenendo per mano il figlioletto: “Vedi laggiù in quel punto, vicino all’incrocio B12? Là è la nostra casa.” Dopo un attimo di contemplazione, volge lo sguardo al firmamento, indicandone flemmaticamente un punto: “Stasera Galassia dà spettacolo! Chissà se tra quel mare di innumerevoli stelle c’è qualcuno come noi, eh? Chissà se anche loro hanno vite come le nostre, città come questa, pensieri come i nostri… Cosa ne dici tu?”, con mano veloce il padre scompiglia i capelli del piccolo, che nel frattempo aveva assunto un’espressione interrogativa. “Kikor sta sorgendo, è ora di andare a nanna!” »

(Nembo Buldrini, 1998)

Bizzarrie delle astronavi dimensionali

Dal serio al faceto. Giusto per staccare un po'. L'11 Marzo del 2002 scrissi il raccontino che segue, una sorta di nota fanta-umoristica, ad omaggio del genere fantascientifico divertente ed irriverente di cui il grande autore della "Guida Galattica per Autostoppisti", Douglas Adams, è stato uno dei massimi esponenti.

"Ci sono gli aerei supersonici, che quando superano il muro del suono emettono un bang sonico; ci sono le astronavi superluminali, che quando superano la velocità della luce emettono un flash luminoso; e ci sono le navi dimensionali… I progettisti di questo tipo di navi si chiesero a lungo, durante il loro sviluppo, quale senso sarebbe stato stimolato durante la transizione. Ebbene questo senso era, incredibile a dirsi, l´olfatto. Molti di voi si chiederanno: ma cosa c´entra l´olfatto? Beh, il motivo è molto semplice. Il flash dimensionale emesso dalla nave durante la transizione proietta i soggetti che si trovano nelle vicinanze in tutti gli universi paralleli possibili ed essi avvertono per qualche istante la media di tutte le sensazioni percepibili in questi universi. La media delle luci è un grigio chiaro, quasi impercettibile; la media dei suoni è un semplice rumore rosa di volume trascurabile, tutto sommato gradevole; ma la media degli odori, beh… Non so se avete presente cosa succede se si mischiano odori diversi, gradevoli e sgradevoli… Ad ogni modo, la media degli odori presenti in tutti gli universi paralleli in un dato luogo non è qualcosa di neutro, bensì qualcosa di “insolito”, a suo modo straordinario, spiacevolmente straordinario. Colui che riuscì a descrivere meglio la “miscela” da comporre per ottenere un siffatto olezzo venne premiato col prestigioso riconoscimento internazionale Naso d´Oro. E fu anche l´ultimo. Il concorso venne abolito per lo scandalo che suscitò tale premiazione. La miscela, dunque, ideata da quel naso d´uomo era: un mazzo di margherite di quelle grandi, un pezzetto di burro irrancidito, un milligrammo della sostanza oleosa che si trova tra le dita del terzo piede di un Kakkoltrop di 19 anni, un dado da brodo e una goccia di pioggia di Denevar II: seppure i singoli componenti (con l´eccezione del dado e della sostanza oleosa che si trova tra le dita del terzo piede di un Kakkoltrop di 19 anni) abbiano un odore tutto sommato sopportabile, sfido chiunque a resistere per soli due secondi ad un metro da tale mistura. Abbiamo dunque appurato che il puzzo era estremamente nauseabondo. Per questo motivo i salti dimensionali vennero severamente proibiti nei pressi dei centri abitati. Chi mai avesse infranto questa regola, cosa che avvenne solo due volte, doveva essere sottoposto alla respirazione forzata del gas emanato dalla suddetta mistura per circa cinque minuti, cinque lunghissimi minuti. Dei due malcapitati, uno purtroppo non ce la fece, mentre l´altro trascorse il resto dei propri giorni in preda ad allucinazioni olfattive abominevoli..."

Divagazioni semi-tecniche sulla fattibilità dei wormholes (tunnel spaziali)

I wormhole - detti anche stargate o, nella nostra lingua, tunnel spaziali - sarebbero certo un ottimo modo per viaggiare, sia tra le stelle che tra diversi punti del nostro pianeta. Per chi mai ne avesse sentito parlare, un wormhole sarebbe capace di connettere due luoghi distanti come una sorta di "porta magica": da un lato della porta si trova il luogo di partenza, dall'altro lato il luogo di arrivo. Sebbene il loro uso abbondi nella fantascienza, dal punto di vista scientifico essi sono stati trattati come mere curiosità matematiche, soluzioni possibili - ma inattuabili in pratica - delle equazioni della teoria della relatività. Lo scopritore di queste soluzioni fu Kip Thorne, che nel 1988, assieme a Mike Morris, ne descrisse le bizzarre proprietà. Uno dei problemi più grossi che impediscono il passaggio dalla teoria alla pratica è il fatto che per ottenere un wormhole stabile occorre della materia esotica, nella forma di massa/energia negativa, e neppure poca: ne serve una quantità paragonabile alla massa di Giove!!! Ora, due questioni si pongono: 1) cos'è e dove si può trovare la massa/energia negativa?; 2) come ottenerne una quantità così enorme? Il fenomeno che viene sempre portato come classico esempio di energia negativa è l'effetto Casimir. Tra due piastre conduttive poste ad una distanza molto piccola si viene a generare una minuscola quantità di energia negativa, poiché dal falso vuoto fra esse contenuto vengono rimosse alcune armoniche di radiazione elettromagnetica. La massa/energia negativa così generata è, lo ripeto, estremamente piccola, nulla a che vedere con la massa di Giove. A quanto pare, quindi, abbiamo poche speranze di rimediare l'energia negativa necessaria per la fabbricazione di un tunnel spaziale.

Il mese scorso mi è capitato di leggere un libro molto affascinante sulla fisica delle particelle, "The Lightness of Being" di Frank Wilczek (nobel per la fisica), che descrive un po' lo stato attuale della ricerca sulla teoria del tutto. Ebbene, verso la fine si viene a scoprire che il modello standard (l'attuale modello fisico che al meglio descrive il mondo in cui ci troviamo e le proprietà delle particelle che esso contiene) è incapace di descrivere da dove deriva la massa dell'elettrone o, in altri termini, perché l'elettrone ha la massa che ha. Serve quindi una descrizione "ad hoc" che permetta di dare ragione della massa di una particella così fondamentale. Il prof. James Woodward, fisico ed ex docente - ora in pensione - della California State University di Fullerton, California, ha avanzato un'ipotesi molto interessante, e cioè che la massa dell'elettrone è in realtà la somma di una massa negativa piuttosto sostanziosa e una massa positiva un po' più sostanziosa, che dà come risultato la massa positiva relativamente piccola che noi misuriamo. Vi risparmio i vari calcoli matematici che portano a tale conclusione, ma basti pensare che la massa positiva deriva dall'interazione della massa negativa con il resto dell'universo, in ottemperanza al principio di Mach. Da un punto di vista puramente illustrativo, ma che può aiutare a farsi un'idea, potete immaginare l'elettrone come una caramella di massa negativa avvolta da una spessa carta fatta di massa positiva. Dal di fuori, ciò che si vede è solo una piccola quantità di energia positiva, ma basterebbe scartare la caramella e... boom! -  ecco che viene "denudata" l'enorme massa negativa che si trova all'interno. Giusto per dare un paio di numeri circa l'enorme quantità di massa negativa che si trova all'interno di un singolo elettrone, si pensi che essa ammonterebbe a circa novanta milioni di miliardi la massa dell'elettrone che osserviamo normalmente. Considerando l'enorme quantità di elettroni  che compongono la materia ordinaria, basterebbe quindi "denudarne" un po' per trasformarla in una grande quantità di materia esotica. Ma come fare a scartare la caramella? Dopotutto, gli elettroni sono una delle cose più "stabili" che esistano. Le equazioni di Woodward ci mostrano che variando l'energia interna di un corpo sottoposto ad una accelerazione, riusciamo a variare la sua massa in due modi distinti: si ottiene un'oscillazione a media nulla, e una oscillazione che possiede sempre segno negativo. In certe condizioni estreme (quando la variazione di potenza è sufficientemente elevata), il secondo modo predomina sul primo, e quello che si ottiene è la nostra tanto agognata massa negativa. Detta così sembrerebbe una cosa piuttosto semplice da mettere in pratica ma, come si suol dire, il diavolo è nei dettagli, e sebbene Woodward abbia ottenuto dei risultati sperimentali che contengono un barlume di speranza, sembra che ci voglia ancora molto lavoro prima di ottenere qualcosa di tangibile.
Il passo molto importante compiuto da Woodward rimane comunque quello di avere portato un meccanismo teoricamente plausibile per generare grosse quantità di massa/energia negativa, e con esso la speranza di vedere attuato uno dei sogni più straordinari dell'esplorazione umana dello spazio.

Rapprsentazione artistica di uno stargate tra Terra e Titano

La vita in altri universi

Spesso guardando un film, riferendosi al protagonista, si pensa: "Possibile che gli vanno tutte dritte? La scampa sempre per un pelo!...". Guardando la cosa da un altro punto di vista, si potrebbe dire che proprio perché ai protagonisti sono andate tutte dritte, essi possono essere qua a raccontarci le loro mirabolanti avventure (e questo punto di vista rende ancora più "plausibile" e perciò entusiasmante la visione del film). Pensando a Star Trek, una delle mie saghe di fantascienza preferite, spesso all'inizio mi veniva da pensare all'Enterprise  ed al suo equipaggio come troppo fortunati per essere verosimili, pure in un mondo di fantascienza. Ma il ragionamento potrebbe anche essere che l'Enterprise ed il loro equipaggio - nell'universo di Star Trek, ovviamente :-) - siano diventati famosi e sono qui a raccontarci le loro avventure proprio perché l'hanno scampata (per fortuna e/o per bravura dell'equipaggio) in mille situazioni pericolose! (mentre centinaia di altre navi hanno trovato un destino meno fortunato). Una sorta di selezione naturale!

Un discorso analogo si può applicare al nostro universo, dove le costanti e le leggi fisiche sembrano essere giuste giuste per permettere la nascita e la proliferazione della vita come noi la conosciamo. Questo pensiero costituisce una delle forme con cui si esprime il cosiddetto "principio antropico".

Eppure qualcuno (vedi l'articolo su Scientific American) ha provato a speculare sulla possibilità che il nostro non sia poi un universo così privilegiato, e che cambiando o addirittura eliminando qualche legge della fisica, la vita a base carbonio possa essere ancora possibile.
E' una specie di "gioco cosmico", in cui si cambia di poco il valore di alcune costanti della fisica (come per esempio la massa di alcune particelle elementari) e si prova a simulare cosa accadrebbe all'universo e alla chimica della materia.
La vita organica come noi la conosciamo si basa sul Carbonio 12, un elemento stabile che forma le molecole essenziali allo sviluppo ed al mantenimento dei processi biologici. I protoni ed i neutroni che costituiscono il nucleo di carbonio hanno un rapporto di massa ben stabilito, e cioè il neutrone è lo 0.1% più pesante del protone. Cosa succederebbe se, per esempio, fosse il protone ad essere lo 0.1% più pesante del neutrone? Senza perderci nei dettagli, si può dire che gli oceani sarebbero fatti di acqua pesante e che il Carbonio 14  (normalmente radioattivo, ma che diverrebbe stabile) sostituirebbe il Carbonio 12 (che invece diverrebbe instabile). La chimica sarebbe forse leggermente diversa, ma ciò non sembrerebbe precludere la nascita e lo sviluppo della vita come noi la conosciamo.
Un'altra possibilità più esotica sarebbe l'introduzione di un nuovo quark (quark strange)  nella composizione delle particelle che costituiscono i nuclei (normalmente formate da due quark, l'up e il down), previa riduzione estrema della massa del quark down. Si verrebbe a creare un tipo di carbonio denominato carbonio sigma che, nonostante la sua "stranezza" (in tutti i sensi), sarebbe capace di sostenere una chimica organica.
Altri maneggiamenti portano invece ad universi in cui non esistono forme stabili di carbonio ed idrogeno, e di conseguenza non è possibile lo sviluppo della vita.
Uno scenario più spinto riguarda la rimozione in toto di una delle forze fondamentali, la cosiddetta forza nucleare debole. Per quanto ciò possa sembrare un'operazione estrema, gli autori giungono alla sorprendente conclusione che pure in un universo così "castrato" la vita a base carbonio sarebbe possibile. Un'universo senza la forza nucleare debole apparirebbe più "fioco", poiché le stelle sarebbero in media più fredde: una "Terra" di tale universo, per poter sostenere la vita, dovrebbe trovarsi più vicina al suo sole di quanto non lo sia il nostro Mercurio.
Ad ogni modo, non è ancora chiaro se tali operazioni di rimaneggiamento di costanti fisiche e interazioni fondamentali siano del tutto scevre da controindicazioni, e cioè se cambiando una delle costanti non debbano di conseguenza cambiare anche le altre per far quadrare i conti dell'equazione cosmica (che ancora ci è ignota nella sua interezza). In tal caso sarebbe virtualmente impossibile, con le nostre attuali conoscenze, stabilire se, in questi strani universi paralleli, la vita come noi la conosciamo sia possibile oppure no.

Sogno di alieno

Dopo tanti articoli tecnico/scientifici, mi butto un po' sul metafisico. Tempo fa, lessi  una raccolta di "microstorie" di fantascienza, piccoli racconti-lampo in cui il lettore viene subito fiondato nel nocciolo della storia e l'intera vicenda - spesso con finale a sorpresa - si svolge nell'arco di qualche pagina. La cosa mi piacque alquanto e fu fonte di ispirazione: da allora ogni tanto butto giù due righe a formare una microstoria. Eccone una breve breve, senza troppe pretese, che scrissi il giugno dell'anno scorso:

"Stanotte ho fatto un sogno. Un sogno alquanto strano. Abitavo in una casa piena di colori immaginari, ed ero circondato da strane forme geometriche che mi danzavano intorno con ritmo quasi casuale. Fuori dalla casa c’era una distesa verde che si estendeva a 180 gradi tutt’intorno. Incontrai uno strano essere, che mi fece uno strano cenno con una parte del suo corpo, mentre una strana smorfia gli dipingeva la parte stessa. Ad un certo punto cominciai ad allontanarmi in senso verticale dalla distesa verde e vidi che tutto diventava sempre più piccolo e ravvicinato. Vidi distese blu e marroni e formazioni vaporose bianche. Allontanandomi sempre di più, vidi che sotto di me la superficie cominciò ad incurvarsi e mi resi conto di far parte di una sfera fluttuante nello spazio. Una sfera molto piccola rispetto a tutto il resto. Una sfera insignificate che faceva parte di un singolo universo. Un solo e singolo universo. Solo allora rivolsi l’attenzione al mio corpo e rimasi esterrefatto. Ero fatto di una sostanza morbida e all’apparenza ricca di liquido. Avevo una testa, un corpo, due arti superiori e due arti inferiori. Non potei resistere a tanto abominio, e fu così che il campo della sesta dimensione mi si distorse attorno a tal punto che mi svegliai. Mi spostai sulla quattordicesima dimensione e arrivai a te. Tu mi accogliesti creando 9 universi e 10 leggi fisiche, che mi fecero sentire più tranquillo e che mi permisero di raccontarti questo incubo…"

Una Terra senza oceani

Come apparirebbe la Terra se venissero prosciugati gli oceani? E' l'idea che è balzata alla mente ad un artista grafico, che ha creato una simulazione animata del processo di "drenaggio" degli oceani. Quel che ne è venuto fuori è un filmato pieno di grandeur e di paesaggi straordinari, paesaggi sottomarini che mai vedremo esposti alla luce del sole così come ci vengono mostrati in questo cortometraggio.

Quella che appare alla fine è una Terra "disidratata" che un po' ricorda l'aspetto attuale del pianeta Marte (con tutta probabilità anch'esso una volta coperto da vaste distese d'acqua liquida).

Il software utilizzato per la renderizzazione del pianeta è Terragen, uno dei più avanzati software dedicati alla creazione di paesaggi e viste planetarie ultrarealistiche. Terragen è stato anche utilizzato per alcuni rendering nel film "Star Trek: Nemesis".

Relatività!, Croce e Delizia (ovvero: "Più veloce della luce? No, grazie!")

La tanto "snobbata" Teoria della Relatività, con la sua invalicabilità della velocità della luce, ci riserva in realtà tante sorprese, tra cui la possibilità di compiere niente meno che voli a velocità... superiori a quelle della luce! Sembra un paradosso. E invece è proprio così: non occorre un motore a curvatura o qualche altro fantomatico marchingegno asimoviano per esplorare in tempi ragionevoli la nostra galassia e forse addirittura l'intero universo. Basta solo avvicinarsi quanto più possibile alla velocità della luce. Un'affermazione un po' troppo strana e contraddittoria? Eppure deriva da una delle verità scientifiche tra le più accettate: la teoria della relatività.
Uno degli assiomi della famosa teoria einsteniana è rappresentato dalla costanza e invalicabilità della velocità della luce nel vuoto. Nessun oggetto materiale, così come osservato da un sistema di riferimento inerziale (non accelerato), è in grado persino di uguagliare questa velocità.
E allora? Detta così, sembra proprio che l'esplorazione "veloce" dell'universo ci sia preclusa per sempre. Considerate, per esempio, che per attraversare un quarto della nostra galassia la luce impiega ben 25 mila anni!
Per fortuna non tutti i mali vengono per nuocere, e nei paragrafi successivi vedremo come quello che viene di solito considerato un limite invalicabile di velocità, in realtà sia tale solo da un particolare punto di vista, e come l'altra faccia della medaglia presenti un quadro sorprendente.
Quando un'ipotetica astronave si avvicina alla velocità della luce (299792,458 km/s, valore che spesso viene indicato con la lettera c), la stessa teoria della relatività prevede il verificarsi di alcuni fenomeni peculiari. Il tempo proprio dell'astronave tende a rallentare, la sua lunghezza si riduce nella direzione del moto e la sua massa tende ad aumentare.
Questo dal punto di vista di un osservatore esterno posto, per esempio, sulla Terra. Ciò significa che se un osservatore da Terra riuscisse a sbirciare gli orologi all'interno dell'astronave, li vedrebbe rallentare sempre di più man mano che la velocità tende a c. Questo rallentamento temporale, si badi bene, è tutt'altro che illusorio: non solo gli orologi rallentano il loro ritmo, ma anche tutti i processi fisico/chimici e, di conseguenza, anche il metabolismo dei viaggiatori. Sarebbe come assistere ad un filmato alla moviola. Per una velocità idealmente uguale a c, il tempo, così come sbirciato da un osservatore esterno, sembrerebbe fermarsi. Gli occupanti dell'astronave apparirebbero come "ibernati": dal loro punto di vista il viaggio sarebbe istantaneo. Wow, niente meno che velocità di transcurvatura! Il fisico obietta giustamente che la velocità della luce non è raggiungibile. In linea teorica, tuttavia, nulla vieta di avvicinarci indefinitamente a c: il tempo di percorrenza non sarà mai zero, ma può essere ridotto ad una frazione di secondo piccola a piacere!
Ora, cosa vedrebbero gli occupanti dell'astronave durante il viaggio? Dal loro punto di vista è la Terra (ed il resto dell'universo) a muoversi ad una velocità prossima a c e ad esibire perciò un ritmo temporale rallentato, mentre i loro orologi procederebbero a velocità normale. Ma consideriamo ora anche la seconda delle tre sopraccitate peculiarità: la contrazione delle lunghezze. Mentre vista da Terra è la sola astronave a sembrare accorciata, dal punto di vista dei viaggiatori sarà l'intero universo ad apparire contratto nella direzione del moto! Ciò significa che le distanze da percorrere apparirebbero ridotte e, in conseguenza di ciò, la propria velocità risulterà aumentata. Anche questo fenomeno di contrazione spaziale tende ad amplificarsi mano a mano che la velocità si avvicina a c. Una astronave che viaggiasse ipoteticamente alla velocità della luce vedrebbe, nella direzione del moto, l'intero universo come compresso in un foglio immaginario di spessore nullo! Volendo essere pignoli e spingere più in là la nostra immaginazione, l'universo apparirebbe un po' come una colossale pastiglia schiacciata al centro (dove sarebbe situata l'astronave). In effetti, così viene "visto" l'universo da un fotone, che viaggia nel vuoto ad una velocità che corrisponde esattamente a c: per "lui" l'attraversamento dell'intero universo si compirebbe in un tempo nullo.
È interessante fare un paragone con la velocità di curvatura. Una astronave che sfrecciasse, così come vista da Terra, ad una velocità pari al 71% della velocità della luce, avanzerebbe, per gli occupanti dell'astronave, ad un fattore di curvatura 1, che corrisponde alla velocità della luce. Curvatura 2 si raggiungerebbe quando la velocità misurata da Terra corrisponde al 99.5% di c.
Quando si arriva ad un solo chilometro al secondo dalla velocità della luce, è come se si viaggiasse ad un fattore di curvatura 6. Un viaggio dalla Terra ad Alpha Centauri (distante 4,3 anni/luce) durerebbe circa 4 giorni! Ma spingiamoci oltre. Quando la velocità arriva a meno di un metro al secondo rispetto alla velocità della luce, per arrivare su Alpha occorrerebbero solo 2 ore e mezzo! In questo caso, il relativo fattore di curvatura è difficile da calcolare, ma dovrebbe stare tra 9.99 e 9.999. Come detto in precedenza, in linea teorica, un'astronave potrebbe continuare ad accelerare, avvicinandosi indefinitamente alla velocità della luce, e ottenendo "fattori di curvatura" sempre più elevati; il che eventualmente corrisponderebbe per i viaggiatori ad una velocità prossima a quella di transcurvatura.
D'altro canto, ottenere velocità prossime a quelle della luce presenta problemi tecnologici non indifferenti, primo tra tutti quello dell'enorme quantità di energia necessaria.
Qui entra in gioco, infatti, il terzo fenomeno cui si accennava all'inizio: l'aumento della massa.
Avvicinandosi alla velocità della luce, la massa dell'astronave aumenta sempre di più, col risultato che, per una data spinta, l'accelerazione tende a diminuire. Come si suol dire: a mano a mano che ci si avvicina a c una frazione sempre più elevata dell'energia cinetica di propulsione va ad aumentare la massa dell'astronave piuttosto che la sua velocità. Fino a che, per velocità prossime a c, la massa dell'astronave apparirà infinita, e perciò una quantità infinita di energia sarebbe necessaria per accelerarla ulteriormente.
Inoltre, a velocità prossime a c, qualsiasi particella e atomo spaziali che si venissero a trovare lungo il tragitto dell'astronave rappresenterebbero un serio pericolo per la nave stessa e per i passeggeri. Uno "scudo" o, se vogliamo, un vero e proprio "deflettore di navigazione" sarebbe allora indispensabile, e ciò significherebbe un ulteriore dispendio di energia.
Almeno, però, una cosa è certa. Dal punto di vista teorico nulla ci vieta di esplorare l'universo a velocità folli.
Allora perché questo metodo di viaggiare tra le stelle non viene utilizzato nelle storie di fantascienza? Ecco il motivo. Proprio perché il viaggiare a velocità prossime a c modifica lo scorrere del tempo relativo, si possono creare degli scompensi temporali non indifferenti, con tutte le conseguenze psico-sociologiche del caso. In altre parole, ogni viaggio a velocità relativistiche rappresenta anche un viaggio nel futuro! Per fare un esempio, un giretto di andata e ritorno dalla Terra a Eridani A (il sistema di Vulcano nell'universo di Star Trek) ad una velocità di un chilometro al secondo inferiore a c, durerebbe circa un mesetto per i viaggiatori, mentre sulla Terra saranno trascorsi più di trent'anni!
È ovvio che, se così dovessero essere i motori spaziali del futuro, una federazione alla Star Trek sarebbe impossibile da concepire. Niente imperi galattici, niente scambi commerciali né culturali. Piuttosto, lo scenario più realistico sarebbe rappresentato da colonie indipendenti e isolate, sparse un po' ovunque per tutta la galassia. Non potrebbe esistere neppure lo scambio di informazioni utili, visto che persino la luce impiegherebbe troppo tempo per muoversi da una colonia all'altra.
L'universo sarà dunque a portata di mano, ma una volta partiti si rimarrà temporalmente tagliati fuori dal resto dell'umanità.
Per quanto inusuale e angosciante possa sembrare, uno dei possibili futuri dell'esplorazione spaziale è proprio questo.
E se ciò dovesse veramente essere il caso, l'uomo si adatterà alle circostanze, come ha sempre dimostrato di saper fare.

Per i più curiosi, una trattazione approfondita ed entusiasmante della teoria della relatività è esposta nel libro "I Misteri del Tempo" di Paul Davies (qui è possibile trovare un brano dove si descrive nei dettagli un viaggio a velocità relativistiche).

Articolo pubblicato sul n.88 dello STIM (Star Trek Italia Magazine) 

Novità nel campo della propulsione spaziale: la vela elettrica (parte 2)

La vela solare elettrica è stata inventata nel 2006 da Pekka Janhunen del Finnish Meteorological Institute. A differenza di quella magnetica, essa utilizza un campo elettrico per respingere e deviare il flusso di particelle cariche che costituiscono il vento solare. Dal punto di vista della complessità costruttiva, può piazzarsi a metà strada tra la vela solare classica e la vela magnetica M2P2. Come la vela solare classica, necessita lo spiegamento di una struttura meccanica piuttosto vasta, ma mentre nella vela solare classica la struttura è costituita da una pellicola riflettente di superficie ragguardevole, nel caso della vela elettrica essa è costituita da sottili fili conduttivi. Ciò che invece la accomuna con la vela magnetica M2P2 è il fatto che questi fili creano un campo che agisce su una superficie molto più vasta di quella costituita dai fili stessi. Per questa ragione, bastano una serie di fili disposti a raggiera (come nella figura) per creare un campo simile ad un ombrello aperto. I fili vengono caricati ad alto voltaggio con un metodo ingegnoso: un cannone elettronico posto nel corpo centrale del satellite spara un fascio di elettroni in direzione assiale (il fascio blu diretto verso sinistra che si vede spuntare dal centro del satellite in figura). Perdendo elettroni, il velivolo spaziale si carica posivamente, carica che viene trasmessa per contatto ai fili costituenti la raggiera. Dal momento che il vento solare è costituito principalmente da protoni (particelle cariche positivamente), questi, avvicinandosi ai fili carichi positivamente ne vengono respinti e/o deflessi, trasmettendo parte della loro energia cinetica ai fili stessi che, essendo collegati meccanicamente al satellite, impartiscono ad esso una spinta. Spinta che sarà proporzionale all'intensità del campo elettrico ed all'inclinazione del piano formato dalla raggiera rispetto alla direzione di provenienza del vento solare: in altre parole, la spinta può essere variata a piacimento giocando su fattori elettrici e geometrici.
E' necessario ricordare che, diminuendo la densità del vento solare con l'aumentare della distanza dal Sole,  questo metodo di propulsione diventa poco vantaggioso per l'esplorazione del sistema solare esterno.
(Questo limite sembra non applicarsi all'M2P2, nel quale la superficie della bolla magnetica si espande dinamicamente con l'aumentare della distanza dal Sole, garantendo una spinta pressoché costante fino ai limiti della eliosfera)
Contrariamente a quanto detto sulla M2P2, d'altra parte, sembra che la sperimentazione sulla vela elettrica sia viva e vegeta, tanto che il lancio di un satellite di prova è previsto per l'anno 2012.

Novità nel campo della propulsione spaziale: la vela elettrica (parte 1)

In diversi articoli (alcuni dei quali pubblicherò in futuro su questo blog) e conferenze, ho ribadito spesso che uno dei problemi principali che rallenta o pone dei limiti all'esplorazione dello spazio, è quello del propellente.
Il movimento, in natura, si ottiene grazie al principio di azione-reazione (terza legge di Newton) secondo il quale devo spingere su qualcosa per ricevere una forza che, a sua volta, causa il movimento.

Sulla Terra è facile muoversi, perché di massa su cui spingere (o a cui aggrapparsi) per ricevere spinta ce n'è dappertutto: le automobili spingono sulla strada, gli aerei sfruttano l'aria e le navi l'acqua (o l'aria).

Nello spazio, invece, la situazione è diversa. Per muoversi nello spazio, dove non c'è materia (ma vedremo tra poco che non è proprio vero), occorre portarsi dietro la massa sulla quale spingere (massa di reazione o propellente). Questo ha due svantaggi: uno, la massa di reazione aumenta il peso del veicolo spaziale; due, per ottenere la spinta il propellente deve essere espulso e non è recuperabile.
(Per chi ha una certa educazione in fisica, questi sono concetti banali e incontestabili.  Ma in realtà, se ci sarà modo di approfondire la questione nei prossimi post, si vedrà che queste cose che generalmente si considerano banali, si basano su concetti fisici piuttosto complessi, che possono dare adito a delle congetture molto interessanti...).

Questi svantaggi rappresentano il motivo per cui occorre così tanto tempo per l'esplorazione del sistema solare ed anche il motivo per cui un viaggio di esplorazione interstellare è impossibile nell'arco di una vita umana.

Un modo per aggirare il problema è quello di cercare una massa di reazione nello spazio. Rimanendo  nell'ambito del sistema solare, l'approccio attualmente più sensato e fattibile è quello di sfruttare come propellente il mezzo interplanetario e cioè la sostanza e l'energia di cui è composto lo spazio all'interno del sistema solare. Questa massa ed energia sono fornite dal sole, che inonda il sistema solare con la sua luce e con quello che viene chiamato "vento solare", un flusso costituito da particelle cariche ad alta energia. Gli approcci finora proposti per sfruttare queste risorse come propellente sono la vela solare classica (che sfrutta la pressione di radiazione data dalla luce solare) e la vela solare magnetica (che sfrutta invece il vento solare).
Gli svantaggi di questi approcci sono principalmente da ricercare nella complessità, nell'estensione e nella difficoltà di dispiegamento delle strutture che costituiscono la vela. Per quanto riguarda la vela solare, occorre un foglio sottilissimo di materiale argentato che, riflettendo la luce solare, genera la spinta. Siccome la pressione della radiazione solare è estremamente debole, occorre una superficie molto estesa per generare una spinta apprezzabile. Nel caso della vela magnetica, si ha il vantaggio che la "superficie" della vela è costituita da un campo magnetico, che può essere molto più grande delle strutture che lo generano: il caso più estremo è rappresentato dal progetto M2P2 (Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion), dove il campo magnetico è generato da una bobina di dimensioni relativamente modeste e viene "gonfiato" da gas ionizzato iniettato all'interno del campo stesso. Purtroppo sembra che non ci siano notizie recenti riguardo lo sviluppo di questo tipo di vela magnetica, a discapito del fatto che sembra essere un progetto molto promettente.
Negli ultimi anni è stato inventato un nuovo tipo di vela spaziale: la vela solare elettrica... (continua)