Percorsi Strani

Fotografia in sovrimpressione dell’eclissi lunare totale del 27 ottobre 2004. I corpi celesti in orbita attorno ad una stella come il Sole proiettano delle ombre, che possono oscurare parzialmente o totalmente altri corpi allineati dietro di loro, “eclissando” la stella dal loro punto di vista (dal Greco ekleipein, “che non appare”).

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A causa della loro breve durata, le eclissi sono frai i fenomeni che permettono di percepire una dinamica di scala cosmica nel modo più drammatico. Nell’immagine, il percorso curvo della luna è principalmente dovuto alla rotazione della Terra, e solo in piccola parte al movimento della luna nella sua orbita ellittica attorno alla Terra. Durante la fase di totalità la luna appare rossa, perché l’atmosfera terrestre diffonde la luce facendo passare nella zona d’ombra solo le lunghezze d’onda rosse. Un osservatore sulla luna vedrebbe un brillante anello di luce rossa, che in effetti proviene da tutte le albe ed i tramonti terrestri simultanei.².

Un’eclissi lunare totale si produrrà questo sabato, 3 marzo 2007 e sarà visibile dall’Europa, Africa, Asia Occidentale ed America Orientale.

1. Foto © Forrest J. Egan, Digital Astro [↩]
2. Foto di un’eclissi vista dalla luna, Missione Surveyor 3, 24 Aprile 1967 (colore artificiale) © NASA [↩]

Le caustiche (dal greco kaustikos, kaiein, ‘bruciare’) sono delle entità geometriche formate dalla concentrazione singolare di curve, che modellizzano approssimativamente il comportamento dei raggi luminosi focalizzati da lenti o specchi curvi, che danno luogo a delle zone molto luminose quando incontrano una superficie. I motivi di luce al fondo delle piscine sono degli esempi di caustiche, prodotte dalla rifrazione sulla superficie ondulata dell’acqua. In questa immagine computerizzata, si scoprono delle caustiche di luce prodotte dalla rifrazione di due superfici consecutive, come se la luce entrasse in un secondo mare sotto il mare.

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1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]

Il tema del viaggio verso le stelle, da un sistema planetario all’altro, ci è allo stesso tempo familiare e completamente estraneo. Familiarmente, abbiamo tutti certamente in mente delle storie di fantascienza che hanno per quadro una galassia (eventualmente lontana, molto lontana..), nella quale i pianeti giocano il ruolo di nazioni o province di un impero. I protagonisti si muovono dall’una all’altra secondo delle durate compatibili con la narrazione. Il viaggio sembra una formalità, che i progressi di una Fisica Trionfante porranno a portata di mano.

Questa è quella che chiameremo la strategia “zero” (S0): intendiamo con ciò che la durata del viaggio è “istantanea”, e perlomeno inferiore alla durata di un anno terrestre, cioè comparabile ai viaggi che effettuiamo sulla superficie terrestre, ai viaggi delle missioni lunari ed a quelli verso altri corpi del sistema solare nel caso che fossero delle missioni abitate.

Il viaggio verso le stelle diviene al contrario molto strano se supponiamo che un tale progresso della Fisica potrebbe non avere luogo, e che la celebre costante di Einstein c, la velocità della luce (3E8 m/s), rappresenta un orizzonte di velocità insorpassabile e pure eccessivamente difficile da accostare, in modo che lo spazio ci apparirebbe ciò che è già per l’astronomo: un’immensità al confronto della quale, quella degli oceani terrestre non è niente.

Non è senza qualche reticenza che la mente si appropria le dimensioni reali dello spazio interstellare. E l’irragionevolezza di queste distanze non è la sola cosa in questione. In un certo senso, si potrebbe dire che la strategia zero prende le sue radici in un desidero infantile di spazio. Non lo spazio-distanza, l’orribile spazio nudo, muto, impavido, ma lo spazio-tesoro ed i mondi che si dispiegano nella sua immensità. Tutti questi mondi il cui raggiungimento non saprebbe sopportare alcun ritardo ed alla cui scoperta si attiva la nostra immaginazione.

Con l’aiuto di un po’ di realismo, ed abbandonando con un certo rammarico il paradiso verde della strategia zero, possiamo tuttavia considerare nel quadro della Relatività Ristretta una strategia più “adolescente” - se la prima è infantile - che chiameremo strategia corta o SI, che promette il viaggio in una vita d’uomo.

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Simulazione di traiettorie classiche in un gas bidimensionale di elettroni.¹ Il transistor, il più comune dei dispositivi elettronici, contiene delle strutture che costringono il movimento degli elettroni, in modo che siano liberi di muoversi sul piano x-y ma che siano completamente confinati nella direzione z, formando un gas bidimensionale di elettroni (2DEG). I dettagli del movimento degli elettroni in un flusso 2DEG erano sconosciuti fino a recentemente, quando delle nuove tecnologie di microscopia hanno permesso l’osservazione dei cammini. ²

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In modo inatteso, l’osservazione ha mostrato una struttura caotica invece di un flusso regolare, con una ramificazione dei cammini classici che ricorda delle forme naturali familiari. La simulazione ha dimostrato che questi motivi non sono dovuti a dei cammini energetici preferiti iscritti nel fondo, come per il percorso di un fiume su una valle, ma all’effetto caotico cumulato del movimento sulle irregolarità positive del paesaggio atomico.

1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]
2. M. A.Topinka, B. J. LeRoy, R. M. Westervelt, S. E. J. Shaw, R. Fleischmann, E. J. Heller, K. D. Maranowski, A. C. Gossard, “Coherent Branched Flow in a Two-Dimensional Electron Gas“, Nature, 410, 183 (2001) [↩]

Fotografie al microscopio ottico di cristalli di neve.¹ La loro simmetria caratteristica a 6 rami è legata alla struttura molecolare dell’acqua, che si stabilizza in una rete esagonale ai livelli terrestri di temperatura e pressione.² Ogni cristallo ha circa 10¹⁸ molecole d’acqua, e la sua forma molto specifica è dovuta ad una complessa dipendenza con le variazioni di temperatura e di umidità, e ad alla diffusione non lineare che produce delle instabilità strutturali e dei motivi dendritici. Ogni fiocco di neve registra una storia particolare di interazioni con l’ambiente, come “un geroglifico inviato dal cielo”.³

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1. © Kenneth G. Libbrecht (Caltech) [↩]
2. L’acqua ha altre fasi solide secondo la pressione e la temperatura, con una differente simmetria cristallina. Per es. il ghiaccio-Ic che si forma a pressione ambiente ma a delle temperature inferiori a -80°C ha una simmetria cubica. [↩]
3. U. Nakaya, “Snow Crystals: Natural and Artificial”, Harvard University Press (1954) [↩]