giovedì 24 novembre 2016

Referendum quantistico

Diciamo basta alla Kasta del #determinismo netwoniano. E comunque dato che la scheda passa attraverso una fessura ci vuole la trattazione ondulatoria.

giovedì 3 novembre 2016

Perché il ghiaccio raffredda le bevande


La risposta che è dentro ognuno di noi è: “perché il ghiaccio è freddo!”, ma è (come insegnava Guzzanti) sbagliata.
O almeno incompleta, dato che il motivo principale è perché è solido. Se infatti in un bicchiere d’acqua a temperatura ambiente mettiamo del ghiaccio, questo si scioglie rimanendo a zero gradi centigradi. L’acqua fornisce calore – raffreddandosi – per far passare il ghiaccio dallo stato solido a quello liquido. L’energia ceduta negli urti delle molecole di acqua a quelle del ghiaccio serve a rompere la struttura cristallina in cui le molecole di H2O sono imprigionate.
Questo legame intermolecolare è molto più forte di quello di agitazione termica dell’acqua: servono infatti 79.6 calorie per sciogliere un grammo di ghiaccio, ma ne basta una per scaldare un grammo d’acqua di un grado. Nei passaggio di stato la temperatura dei corpi non cambia e quindi il 92% del raffreddamento di una bevande è dovuto al calore ceduto per fondere il ghiaccio e l’8% va nello scaldare il ghiaccio fuso da 0ºC alla temperatura di equilibrio (le formule pizzose sono sotto). Questa quantità potrebbe essere portato a zero, ad esempio chiudendo in ghiaccio in una busta di plastica e mettendo la busta in un colino da tè.
Facendo scorrere l’acqua nella tazza questa scioglie il ghiaccio ma non ha tempo per scaldare l’acqua appena fusa. La bevanda è quindi fredda ma un po’ annacquata, cosa che fa impazzire i puristi del whisky (infatti hanno inventato una specie di orribili cubetti di plastica con un liquido all'interno).
Oltre allo stato liquido ed aeriforme, l’acqua ha diciassette tipi diversi di ghiaccio: oltre a quello classico, in diverse condizioni di pressione e temperatura le molecole si possono disporre secondo diverse strutture cristalline. Lo stato stabile dell’acqua a temperatura ambiente è quello liquido e sotto 0ºC è quello solido. Si può avere acqua superraffreddata, che congela istantaneamente appena toccata. A questo punto è obbligatorio citare il ghiaccio-9, forma fantascientifica di ghiaccio creata da Kurt Vonnegut in Cat’s cradle (ghiaccio 9 in italiano). Nel romanzo, il geniale autore ipotizzava che potesse esistere una struttura di ghiaccio che a temperatura ambiente fosse più stabile della forma liquida.
Ponendo il ghiaccio-9 a contatto con l’acqua, essa si congelerebbe istantaneamente anche a temperatura ambiente, con devastanti conseguenze per la Terra. Il ghiaccio-9 non esiste, ma la ricerca dello stato fondamentale della materia è ancora aperta. Infatti una delle ipotesi è che lo stato base sia costituto da strangelets, agglomerati di quark la cui energia fosse più bassa di quella della materia ordinaria. Al momento non si ha una verifica sperimentale di questo ipotizzato stato della materia, anche se al momento di attivare LHC, l’acceleratore del Cern di Ginevra, ci furono un po’ di polemiche sulla possibilità che – come il ghiaccio 9 – potessero distruggere il mondo.
In realtà gli urti dei raggi cosmici avvengono ad energie mille volte più alte di quelli di LHC al Cern per cui on corriamo rischi. La materia strana nucleare potrebbe comunque trovarsi in stelle di quark o al centro delle stelle di neutroni.
(reglog da scientificast.it)

Formule pizzose:

screen-shot-2016-10-26-at-11-01-49

venerdì 28 ottobre 2016

Perché l’universo NON è una simulazione al computer

L’universo può essere una immensa simulazione a stati discreti come un gigantesco  automa cellulare? (no)
In questi giorni i giornali hanno rilanciato la (vecchia) discussione sulla possibilità che l’universo sia una simulazione in qualche tipo di supercomputer. Una citazione di Matrix, un pizzico di cospirazione, qualche numero sparso a caso e il gioco è fatto.
L’ipotesi che l’universo come noi lo percepiamo sia solo un’ombra di quello reale risale ai filosofi greci (e probabilmente anche prima). L’esempio classico è quello della Caverna di Platone. Noi saremmo come i prigionieri della caverna che possono cogliere solo le ombre del mondo reale esterno alla caverna. Di conseguenza la nostra comprensione del mondo risulterebbe incompleta.
Del resto la nostra interazione con il resto dell’universo avviene tramite i cinque sensi, con cervelli evolutisi per fare tutt’altro (cibo, riproduzione, pensare alla riproduzione, discussioni sulla riproduzione…). Sarebbe quindi logico aspettarsi che non siamo in grado di percepire altro che ombre e proiezioni di un mondo ben più complesso. Tuttavia, negli ultimi cinque secoli, grazie a strumenti come il microscopio e il telescopio (e tutte le successive migliorie) abbiamo potuto estendere enormemente le nostre capacità esplorative nel reame macroscopico e microscopico. Questo ci ha permesso di correggere la nostra descrizione dell’universo, passando dalle sfere dei cieli di cristallo al Big Bang e un universo di circa 45.5 miliardi di anni luce di raggio; da concetti come etere, flogisto e quintessenza alla comprensione delle forze fondamentali della natura che si manifestano su dimensioni inferiori del nucleo atomico.
Pertanto, per quanto limitata ed errata possa essere la comprensione attuale del nostro universo, essa è ormai troppo sofisticata perché sia credibile l’ipotesi di una simulazione basata su micro-elementi  come in un automa cellulare (tipo il gioco di life: qui uno splendido simulatore).
Infatti le misure astronomiche mostrano che l’universo ha un diametro di circa 91 miliardi di anni luce e che le interazioni fondamentali hanno luogo su una scale pari a frazioni infinitesime della grandezza del protone. Calcoli teorici mostrano come la grandezza naturale sia pari a 1.6*10-35 m (la scala di Planck). Dal punto di vista sperimentale, l’osservazione di raggi cosmici di ultra-alta energia provano l’esistenza di particelle con energie superiori a 1020eV (almeno 1000 di volte più grandi a quelle ricreate negli acceleratori di particelle). Per riprodurre questi eventi, la simulazione in cui ci troveremmo dovrebbe estendersi in una sfera di 45.5 miliardi di anni luce di raggio con una risoluzione pari ad almeno 10-27 m.
Al momento i computer attuali riescono a simulare lo spazio tempo su un reticolo quadridimensionale delle dimensioni massime di 10-15m e con una risoluzione di qualche percentuale di questo valore. Anche assumendo che il potere computazionale dei computer possa crescere  secondo la legge di Moore, tra più di un secolo dovremmo essere in grado di simulare al massimo un universo di circa un metro di grandezza. Va detto che queste simulazioni consentiranno progressi incommensurabili nella comprensione della fisica fondamentale, ma ancora lontanissimi da quanto ipotizzato dai filosofi di facebook.
Si può sempre argomentare che i 'computer' che simulano il nostro universo siano infinitamente più potenti e funzionino 'chissaccome', ma in questo caso si tratta di una riformulazione della Creazione, senza possibilità di verificare questa ipotesi o interagirci.
Inoltre, nel pot-pourri delle sciocchezze che si leggono in giro si fa una confusione tra vari tipi di ‘universi’.

L’universo alla Matrix.

In questo caso l’universo NON è una simulazione ma una illusione generata in una persona (come in un episodio de Il  Prigioniero,1969) o più individui (Dark City, 1998 e poi Matrix, 1999). È quindi una specie di ‘realtà virtuale’ molto sofisticata che genera nel nostro cervello (indirettamente, tramite stimoli visivi, tattili, olfattivi ecc…)  o direttamente (tramite stimolazione neuronale) le percezioni che noi interpretiamo come realtà.  Creare questo tipo di miraggio sarebbe infinitamente più semplice che una vera simulazione, ma richiederebbe comunque risorse computazionali enormi, dato che comunque dovrebbero simulare l’illusione delle interazioni ad alta energia.

L’universo alla Truman show.

Ispirato al racconto ‘’L’uomo dei giochi a premio” di Philip Dick (1959), il film ci mostra un mondo simulato molto più piccolo di quello reale. In questo caso il volume da simulare si estenderebbe alla sola terra (o al sistema  terra-luna, dato che le missioni Apollo ci hanno fatto raggiungere anche il nostro satellite). Anche se la simulazione del resto del mondo  macroscopico sarebbe idealmente possibile (per quanto,  galassie, redshift, buchi neri, stelle di neutroni ecc, sarebbero estremamente difficili da mettere ‘a mano’); ma resta il problema del mondo microscopico. La sola terra ha circa 6*1050 protoni e noi  – come già accennato – non siamo in grado di neanche immaginare come simularne anche uno solo.

Il macro universo simulato.

Vari articoli scientifici  hanno affrontato questo problema cercando di capire se alcuni attuali problemi aperti della fisica moderna potessero essere interpretati in chiave di evidenza e limiti di una eventuale simulazione. Ad esempio l’attuale devastante incongruenza tra meccanica quantistica e relatività generale  sarebbe risolta naturalmente non con le stringhe o la gravità quantistica, ma semplicemente con una impostazione ad hoc in questa fantomatica messinscena. Se proprio di simulazione si deve trattare, afferma l’articolo, questa potrebbe essere visibile nella distribuzione dei raggi cosmici di ultra-alta energia.  Invece di provenire da tutte le direzioni, infatti, questi dovrebbero mostrare direzioni preferenziali correlate ai vertici e alla struttura del reticolo su cui avviene la simulazione.

(già apparso su scientificast)