Scie Chimiche: il termometro fumante

Mentre noi, comuni cittadini, ci godiamo l’estate, alcune persone lavorano e si ingegnano per combattere i complotti e i sotterfugi che “i potenti” mettono in atto allo scopo di danneggiarci.
Ogni anno “nuove trovate” vengono buttate in pasto alla rete, passando completamente inosservate ai più che, irresponsabilmente, vivono una vita fatta di inconsapevolezza e ignoranza.
Oggi vi parlo del complotto che ha regalato il maggior numero di “nuove trovate” negli ultimi anni: le scie chimiche. Anche quest’anno i sostenitori dell’esistenza delle scie chimiche non sono andati in vacanza e hanno scoperto come si possa dimostrare l’esistenza di questo complotti con la modica spesa di 12,67 dollari.

 

Secondo la trovata dell’estate 2015, infatti, basta un termometro a raggi infrarossi (IR) e il gioco è fatto, complotto svelato, in barba a tutti i potenti del Bilderberg.
Provate anche voi a casa: compratevi un termometro IR, puntatelo verso il cielo in corrispondenza di una scia bianca e leggete la temperatura. Sicuramente il valore sarà vicino allo zero (in negativo o positivo), tuttavia siccome una scia di condensazione necessita di decine di gradi sotto lo zero per formarsi, ecco che quella scia bianca non può essere composta da innocua acqua, ma sicuramente da pericolosissime sostanze tossiche.

 

Ci avevate creduto? In realtà anche questa “nuova trovata” non è servita a nulla (12,67 dollari buttati via) perché, strano a dirsi, puntare un termometro IR a caso in cielo non può in alcun modo fornire una temperatura affidabile dell’aria sopra la nostra testa.
Un termometro IR è composto da un sensore che raccoglie la radiazione infrarossa che tutti gli oggetti intorno a noi emettono e la converte in un valore di temperatura. Quando si punta il termometro contro un oggetto, le radiazioni vengono raccolte da un cono che ha come vertice il sensore e come base la superficie misurata, quindi più è lontana questa superficie, più sarà grande il cono di raccolta. Cosa succede quando però la superficie non esiste o è molto lontana? In buona sostanza il “muro” d’aria tra noi e l’oggetto contribuisce significativamente alla determinazione della temperatura e quindi la rilevazione può essere inattendibile o completamente errata.
Quando puntiamo un termometro IR contro il cielo, tuttavia, non abbiamo una superficie solida di cui misurare la temperatura, inoltre l’atmosfera sopra di noi possiede diverse temperature che variano da quasi zero assoluto dello spazio alla trentina di gradi che abbiamo a livello del suolo. Allora cosa stanno misurando i nostri eroi anti-complotto?
Esiste un bellissimo esperimento suggerito dalla NASA (consigliato dai 14 anni in su) che mostra come si possa effettivamente misurare la temperatura del cielo con un economico termometro IR e come questo dimostri l’importanza del vapore acqueo in sospensione e dell’effetto serra.
Sì, perché il temibile effetto serra che oggi ci fa tanta paura e che causa il surriscaldamento del pianeta, è l’unico motivo per cui la Terra è diventata abitabile. La presenza di acqua nell’atmosfera e la formazione di nubi permette al nostro pianeta di mantenere un clima favorevole alla vita.
L’esperimento deve essere svolto in una zona libera da edifici e palazzi per evitare che nel cono rientri la temperatura di questi oggetti. Puntando il termometro IR esattamente in verticale sarà possibile misurare temperature vicine allo zero, indice che, in media, la colonna d’aria sopra di noi ha una temperatura di circa 0°C, ovvero salendo con la quota la temperatura diminuisce (questo è vero fino al limite della troposfera).
 
Ovviamente quella che viene misurata non è una temperatura reale, ma solo la temperatura apparente derivante dalla media di tutte le temperature sopra la nostra testa.
Questo semplice esperimento ci dimostra come l’acqua in atmosfera sia in grado di assorbire la radiazione solare e riemetterla sotto forma di radiazione IR, invisibile ai nostri occhi, ma misurabile con un semplice strumento da pochi euro.
Per quanto riguarda invece le scie e la misura della loro temperatura, considerato che aerei si trovano a una decina di km di quota, è impossibile puntare il termometro esattamente su di essi: il cono è semplicemente troppo ampio e conteggia la temperatura di tutto il cielo circostante.
 
Purtroppo anche questa “nuova trovata 2015” si è rivelata inefficace per dimostrare l’esistenza delle scie chimiche, ma è abbastanza ironico notare che, invece, serva a dimostrare la presenza di quel vapore acqueo e condensa in atmosfera che secondo la teoria del complotto dovrebbe esistere. Che la cospirazione delle scie chimiche sia in realtà una mossa subdola per istruire la gente?
Noi di Scientificast non abbiamo questa risposta, ma le coincidenze (o gli #epicfail) iniziano a essere troppi per essere casuali. Attendiamo la trovata del 2016 che magari ci proporrà di puntare un microonde su un campo di granturco sperando di ottenere pop-corn…

A cena con Einstein – Le domande aperte della relatività

Concludiamo questa triade sulla teoria della relatività (se vi siete persi le parti precedenti, le trovate qui e qui) andando a conoscerne i lati oscuri: la relatività generale infatti ha risposto a molte domande, ma ne ha anche create altre difficili non solo da risolvere, ma anche da formulare; se però vogliamo vedere il lato positivo, queste sono sfide ancora aperte, ciascuna delle quali vale come minimo un premio Nobel in fisica. Dateci quindi un’occhiata, ché non si sa mai. Cominciamo dalla parte – letteralmente – più oscura di tutte.

 

I buchi neri

 

Come è già stato detto, la relatività generale prevede l’esistenza dei buchi neri. I buchi neri sono regioni dello spazio-tempo in cui la massa-energia (e con essa la gravità) tende a diventare infinita in una regione estremamente ridotta di spazio. Si dice che, in prossimità dei buchi neri, le equazioni di campo della relatività generale mostrano delle singolarità. Se vogliamo ricorrere a una facile analogia matematica (da prendere con le pinze), si può pensare a ciò che succede quando abbiamo una frazione il cui denominatore tende a zero; il valore della frazione tende a valori sempre più grandi, e in corrispondenza dello zero non è definito.

Rappresentazione di una singolarità spaziotemporale, che illustra la curvatura fortemente distorta dello spazio-tempo in prossimità di un buco nero. Fonte galleryhip
Rappresentazione di una singolarità spaziotemporale, che illustra la curvatura fortemente distorta dello spazio-tempo in prossimità di un buco nero. Fonte galleryhip

Dal momento che la massa-energia determina la curvatura dello spazio-tempo, anche quest’ultima ha una singolarità nei pressi dei buchi neri; in altre parole lo spazio-tempo è così distorto che diventa difficile farsi un’idea precisa su cosa succeda lì dentro, per quanto questo non abbia impedito ai fisici teorici di formulare ipotesi anche piuttosto avveniristiche (come quella sui wormhole, tunnel che rappresenterebbero delle “scorciatoie” da un punto dell’universo all’altro).

 

Raffigurazione di un wormhole, fonte Wikipedia
Raffigurazione di un wormhole, fonte Wikipedia

Inoltre, su scale così piccole, è molto probabile che gli effetti della meccanica quantistica comincino a farsi sentire. Quindi, per fare previsioni fisiche sufficientemente accurate, bisognerebbe disporre di una teoria quantistica della gravità, ma come andremo a vedere meglio nel prossimo paragrafo, a tutt’oggi i tentativi di creare una simile teoria non hanno portato a risultati soddisfacenti. Quel che è peggio, il modo migliore per ottenere degli indizi su una buona teoria quantistica della gravità sarebbe quello di osservare direttamente cosa succede all’interno di una singolarità, ma questa opzione ci è preclusa a causa dell’orizzonte degli eventi: l’informazione che si trova al di là di tale confine non può attraversarlo verso l’esterno.

Rappresentazione semplificata di un buco nero. L’orizzonte degli eventi è la linea che racchiude la parte nera, dalla quale nemmeno la luce può uscire. Fonte Flickr
Rappresentazione semplificata di un buco nero. L’orizzonte degli eventi è la linea che racchiude la parte nera, dalla quale nemmeno la luce può uscire. Fonte Flickr

 

Se si pensa che una delle ipotesi sull’origine dell’Universo è che sia proprio nato da una singolarità spazio-temporale (il Big Bang), è piuttosto frustrante non sapere cosa sia successo in quei primi istanti proprio perché quando le densità sono così alte la teoria della gravità diventa, per sua stessa natura, mal definita.

Una delle speranze in questo senso è la ricerca di una cosiddetta “singolarità nuda”, cioè una singolarità priva di un orizzonte degli eventi, che quindi ci permetta di guardare al suo interno; nonostante si sia calcolato che la loro esistenza è possibile in via teorica, e siano stati ipotizzati degli esperimenti per rilevarle, al momento non ne abbiamo ancora trovate.

 

Inconciliabilità con la meccanica quantistica

 

La teoria della relatività è l’unica delle teorie fisiche di cui non sia stata data un’interpretazione quantistica, in altre parole non tiene conto degli effetti di interazioni che avvengono su scala atomica o subatomica. I primi tentativi di conciliare le due teorie hanno generato dei paradossi che hanno mostrato che le due teorie, prese così come sono, sono incompatibili. Non esiste ancora pertanto una “teoria del tutto” che metta insieme la gravità con il modello standard, il quale descrive tutte le altre forze (elettromagnetica e forze nucleari). Il che è un peccato, perché, come accennato sopra, proprio nell’unione delle teorie potrebbe trovarsi la soluzione al problema delle singolarità. Esistono oltre una dozzina di teorie proposte per la gravità quantistica, tra cui la teoria delle stringhe, la supergravità e la gravità quantistica a loop (l’ultima formulata risale al marzo di quest’anno); nessuna di queste si è finora imposta sulle altre possibili.

 

Problemi cosmologici

 

La relatività generale non riesce a spiegare appieno la natura dell’universo su larga scala, e vi sono molte domande che restano senza risposta. Se il modello della gravità di Einstein è corretto, oggi sappiamo che il 96% circa di ciò che costituisce il cosmo è qualcosa di cui non comprendiamo la natura, che i cosmologi hanno chiamato materia oscura ed energia oscura. La materia oscura causa un “eccesso di gravità” su larga scala, e si pensa che costituisca il 23% della massa-energia dell’universo, mentre l’energia oscura sembra avere l’effetto di accelerare l’espansione dell’universo. Quest’ultima, nelle equazioni di campo, viene rappresentata da un parametro L chiamato costante cosmologica e che sulle prime era stato introdotto “ad hoc” ad Einstein per ottenere un universo statico (né in espansione, né in contrazione), ma che successivamente assunse un significato molto diverso.

 

Onde gravitazionali

 

Così come le cariche elettriche accelerate generano onde elettromagnetiche, anche le masse in movimento, secondo la relatività generale, generano delle onde gravitazionali, che dovrebbero rivelarsi come distorsioni della struttura dello spazio-tempo. Tenendo conto del fatto che il campo gravitazionale ha un’intensità enormemente inferiore rispetto al campo elettromagnetico, queste distorsioni saranno estremamente piccole e difficili da captare. Tuttavia, una conferma indiretta dell’esistenza delle onde gravitazionali si è ottenuta da un sistema di pulsar binarie, osservate negli anni Settanta, dette pulsar di Hulse-Taylor.

Stima della distribuzione di massa-energia nell’Universo. L’energia oscura e la materia oscura dominano sulla materia conosciuta. Fonte Wikipedia
Stima della distribuzione di massa-energia nell’Universo. L’energia oscura e la materia oscura dominano sulla materia conosciuta. Fonte Wikipedia

 

Cos’è una pulsar? Quando le stelle molto massicce muoiono, vanno incontro a una esplosione chiamata Supernova II. Queste esplosioni si lasciano dietro un nucleo tremendamente denso di materia (provate a immaginare all’incirca un miliardo di tonnellate al centimetro cubo) fatta interamente di neutroni, detto stella di neutroni. Una pulsar è una stella di neutroni che ruota rapidamente, emettendo un segnale elettromagnetico caratteristico che può venire captato dalla Terra e che ricorda a grandi linee la luce di un faro. A causa delle enormi densità delle pulsar, è chiaro che un sistema di due pulsar che orbitano l’una intorno all’altra sia sede di un campo gravitazionale estremamente intenso.

 

Si è osservato che le pulsar di Hulse-Taylor si stanno lentamente avvicinando; in altre parole, le loro orbite si stanno contraendo e in un lontano futuro le due stelle di neutroni si fonderanno l’una con l’altra. Questo significa che il loro moto orbitale sta perdendo energia; e l’unico modo conosciuto in cui possono perderla è proprio tramite l’emissione di onde gravitazionali. Il decadimento orbitale delle pulsar di Hulse-Taylor è visto come una prova indiretta della loro esistenza, ma onde escludere che esistano altri fenomeni di cui non siamo al momento a conoscenza, è necessario osservare queste onde direttamente. Si sono tentati molti esperimenti, dalle barre risonanti agli interferometri ai rivelatori di alta frequenza; nel marzo del 2014, sembrava che l’esperimento BICEP2 avesse trovato tracce delle onde gravitazionali, ma questa scoperta è stata in seguito smentita dal satellite Planck.

 

 

Il nostro tour gastronomico della teoria della relatività è quindi terminato. Speriamo di aver nutrito la vostra curiosità (e di avervi anche aiutato a digerire) in occasione di quello che è proprio il centenario della teoria della Relatività Generale. Buon proseguimento!

Il telescopio spaziale Kepler e la Terra Gemella

In questo momento, la NASA sta annunciando una scoperta storica, un pianeta estremamente simile alla Terra in orbita intorno ad una stella estremamente simile al Sole. Intorno alla stella Kepler-452, infatti, è stato osservato un pianeta poco più grande della Terra, ad una distanza del 5% maggiore rispetto a quella tra il nostro pianeta e il Sole e di età simile al nostro sistema solare. Kepler-452 è della classe spettrale G2, come il Sole, per cui è ragionevole pensare che la temperatura del pianeta sia simile a quella della Terra. La dimensione del pianeta, che ha rivecuto il nome Kepler-452b, inoltre, è tale da far supporre che si tratti di un pianeta roccioso, come il nostro. Questa combinazione può portare alla presenza di acqua liquida sulla superficie del pianeta e possibile presenza di forme di vita, per quello che sappiamo della nascita della vita sulla Terra.
 
Sei anni fa, la NASA ha lanciato un particolare “telescopio” spaziale, chiamato Kepler. È molto meno famoso di Hubble, non ci manda le meravigliose fotografie di questo, ma ha un compito molto delicato, per certi versi unico: cercare pianeti extrasolari. Oggi sappiamo che ne esistono molti, ma, fino al 1992, non ne conoscevamo nemmeno uno. Nel giro di poco più di due decenni siamo passati dal dubbio che il nostro fosse il solo sistema planetario dell’Universo, alla consapevolezza che intorno a noi ce ne sono altre decine, centinaia, forse addirittura miliardi. Oltre 1900 esopianeti sono stati osservati e diverse migliaia di candidati sono tutt’ora sotto studio: in questo campo, Kepler ha fatto la parte del leone, essendo il responsabile della maggior parte dei candidati ancora da confermare.

Antichi manoscritti, moderni informatici e codici segreti

Nella storia, l’umanità ha attraversato un’infinità di eventi in cui delle informazioni dovevano essere trasmesse da qualcuno a qualcun altro senza che nessuno le potesse intercettare. È stato fondamentale in caso di guerre, per gli ordini e lo schieramento delle truppe, nella diplomazia, per portare avanti trattative prima che diventassero ufficiali, ma anche in amore… perché sì, è difficile nascondere un amore, ma molto spesso ci si prova. Per questo, da sempre, si utilizzano frasi in codice, cifrari e tutti i metodi possibili per poter comunicare in modo “sicuro”. Oggi lo facciamo tutti, magari anche più spesso di quanto non pensiamo.

Scientificast #71 – “Si dice: MI SCUDI!!!”

Prima di liquefarci completamente in questo assolato e afoso Luglio (a proposito, leggete qui i nostri consigli per affrontare al meglio il caldo estivo), ecco una nuova puntata del nostro podcast scientifico. Abbiamo tante notizie anche oggi e due ospiti davvero eccezionali!

Iniziamo con Davide Del Pos, naturalista e futuro entomolgo. Oggi ci parla di api, insetti che compiono un importante ruolo per l’ecosistema. Approfondiamo la loro conoscenza.

Torna poi il progetto “Nano e Macro Immondizia”. Oggi i ragazzi delle scuole ci parlano di polveri sottili, un tema di stretta attualità e una fonte di inquinamento sempre più preoccupante.

Abbiamo l’onore di avere ospite a Scientificast l’illustre Dottor Culocane. Quali segreti ci rivelerà il grande scienziato? Scopritelo con noi.
Ah, collateralmente è passato a trovarci anche Simone “Sio” Albrigi. :)

Concludiamo con This Week in Chemistry, le principali notizie dal mondo della chimica.

Vi ricordiamo che potete nominare Avamposto 42 come MIGLIOR SITO EDUCATIONAL ai MACCHIANERA AWARDS 2015 e fare altrettanto con Scientificast come MIGLIOR RADIO ONLINE e MIGLIOR SITO TECNICO-DIVULGATIVO. Potete farlo QUI.

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