La bellezza salverà la fisica

Parafrasando la celebre massima di Dostoevskij (o forse, meglio, del suo “idiota”), in questo post discutiamo il ruolo della bellezza delle equazioni della fisica.


Sì, lo so. Non tutte le leggi della fisica sono belle e molti lettori potrebbero non essere d’accordo con una tale affermazione. Tuttavia, dubito che la maggior parte di coloro che mi seguono abbiano da ridire su questo, perciò assumerò che praticamente tutti la pensino così: le equazioni della fisica sono indubbiamente molto belle. Non è un caso che artisti come Andrea Galvani ne abbiano fatto uno strumento della propria poetica.

Andrea Galvani © The Subtleties of Elevated Things_ARCOmadrid 2019.jpg
Andrea Galvani: la sottigliezza delle cose elevate

Molti scienziati, in effetti, credono in quello che io chiamo “l’argomento della bellezza”, che ha portato il premio Nobel Richard Feynman ad affermare che

Non importa quanto sia bella la tua ipotesi; non importa quanto sei intelligente, o come ti chiami. Se la tua teoria non va d’accordo con i dati sperimentali… è sbagliata“.

L’argomento della bellezza consiste nel credere che la Natura debba essere descritta da equazioni “belle”. Sono portato a credere che una tale convinzione si debba far risalire a un’intervista rilasciata da Paul Dirac a Thomas Kuhn e Eugene Wigner in cui uno dei fondatori della meccanica quantistica dice

[L’idea dello spin] è scaturita effettivamente solo grazie alle manipolazioni delle equazioni che stavo studiando; non stavo cercando di introdurre idee fisicamente plausibili. Gran parte del mio lavoro del resto consiste nel lavorare con le equazioni per vedere cosa se ne può ricavare. La seconda quantizzazione, per esempio, è nata così. Non credo che questo abbia senso per gli altri fisici; penso sia una mia peculiarità il fatto che mi piace lavorare con le equazioni, soltanto alla ricerca di relazioni matematiche interessanti che magari non hanno alcun significato fisico. Succede, però, che a volte ce l’hanno“.

Inoltre, in un articolo scritto nel 1982 [Pretty mathematics. Int J Theor Phys 21, 603-605 (1982)], Dirac ha scritto

Una delle caratteristiche fondamentali della natura sembra essere che le leggi fisiche fondamentali sono descritte in termini di una teoria matematica di grande bellezza e potenza. Potremmo forse descrivere la situazione dicendo che Dio è un matematico sopraffino, cui è piaciuto usare una matematica molto avanzata nella costruzione dell’universo. A me sembra che se si lavora allo scopo di perseguire la bellezza nelle proprie equazioni, con una buona intuizione, si è di sicuro sulla buona strada“.

In effetti, la bellezza emerge semplicemente perché la matematica è un linguaggio molto flessibile per il quale un matematico esperto può inventare nuove parole e nuove regole grammaticali, tali che ciò che appariva brutto in una lingua diventi bello in un’altra. Uno degli esempi più sorprendenti è l’insieme delle equazioni di Maxwell. Le si può vedere nella loro forma originale in molte edizioni digitalizzate del “Trattato” come questa (pagg. 259-262/515). Dubito che riuscirete a individuarle… infatti le equazioni di Maxwell sono state riformulate nella forma che usiamo oggi da Oliver Heaviside che ha usato un nuovo linguaggio con una nuova sintassi per riscriverle in una forma che sembra decisamente più bella.

La bellezza, tuttavia, in matematica non è fine a sé stessa e il suo perseguimento un ruolo ce l’ha eccome. Serve a far emergere più chiaramente il significato delle equazioni e a semplificare la derivazione di nuovi risultati dalle loro manipolazioni. Spesso, una forma più sintetica, getta molta più luce su un argomento rispetto a una forma più pletorica. Potremmo in effetti paragonare una bella equazione matematica a una poesia, mentre una forma più esplicita della stessa equazione si potrebbe paragonare alla prosa.

Considerate, per esempio, questo celebre passo:

Quel ramo del lago di Como, che volge a mezzogiorno, tra due catene non interrotte di monti, tutto a seni e a golfi, a seconda dello sporgere e del rientrare di quelli, vien, quasi a un tratto, a ristringersi, e a prender corso e figura di fiume, tra un promontorio a destra, e un’ampia costiera dall’altra parte; e il ponte, che ivi congiunge le due rive, par che renda ancor più sensibile all’occhio questa trasformazione, e segni il punto in cui il lago cessa, e l’Adda rincomincia, per ripigliar poi nome di lago dove le rive, allontanandosi di nuovo, lascian l’acqua distendersi e rallentarsi in nuovi golfi e in nuovi seni

Pare quasi di vederlo, il lago, con le sue montagne che vi si tuffano dentro disegnando una costa sinuosa e quasi sensuale. Ma confrontiamo questa sia pur magistrale scena con quella descritta da un haiku giapponese di Yosa Buson, un poeta del 1700:

Che luna! il ladro si ferma per cantare

In queste poche sillabe si vede molto più della luna: si vede in realtà tutta la scena, con il ladro nell’oscurità che guarda con ammirazione la luna; si vedono le stelle, la vegetazione, e tutto il resto. Ma non solo. Si possono perfino quasi sentire gli odori, udire gli animali notturni, percepire il freddo e l’umidità, la paura del ladro di essere scoperto.

Nella scienza, come nelle arti (un argomento simile si applica ai dipinti: vedi il quadro di Mark Rothko riportato sotto), la semplificazione consiste nella sottrazione di quanto non è necessario per trasmettere quanto più contenuto possibile. Il risultato di questo lavoro è spesso più complesso del prodotto iniziale, pur apparendo più chiaro e denso di significato. Di conseguenza, il risultato finale è più adatto a suggerire nuove interpretazioni e ulteriori sviluppi.

Mark Rothko’s no. 14: foto di Naotame Murayama su Flickr

Ecco perché le equazioni fisiche sono belle: spesso i fisici seguono inconsciamente questa regola, ma di fatto lo fanno. La capacità di apprezzare la bellezza è qualcosa che dovremmo insegnare a tutti i nostri studenti che non meritano di essere formati solo dal punto di vista puramente tecnico. Sogno (e forse quest’anno mi riuscirà) di poter integrare le mie lezioni di fisica con il punto di vista di un artista, mentre, dall’altro lato, studenti di arte visitano una galleria o un museo accompagnati da uno scienziato che fa loro da guida e interpreta, a suo modo, le opere esposte.

La seconda Legge di Newton

Del perché è sbagliato scriverla come F=ma

La maggior parte dei libri di testo riporta la seconda legge di Newton come F=ma (le lettere in grassetto rappresentano i vettori). In questo post sostengo che questo non è il modo corretto di scriverla.


La maggior parte degli studenti percepisce la fisica come una disciplina molto simile alla matematica. È colpa dei libri di testo che, infatti, insegnano la fisica nello stesso modo in cui insegnano la matematica: attraverso l’enunciazione di assiomi (le leggi fisiche), seguita da una serie di dimostrazioni di teoremi e manipolazioni matematiche. Le leggi fisiche appaiono come assiomi perché spesso non sono giustificate da alcuna evidenza sperimentale. Per la maggior parte di esse si dice che “si può dimostrare che…” o che “Newton osservò che…” o anche “Faraday scoprì che…”. Raramente c’è un’analisi dettagliata delle prove sperimentali che porta lo studioso a formulare le leggi fisiche e, per chi non è abituato a lavorare secondo il metodo scientifico, tali leggi appaiono tanto arbitrarie quanto ineludibili, come il Teorema di Pitagora.

In effetti, questa maniera d’insegnare la fisica viene da lontano. Lo stesso Newton introduce la seconda legge in un capitolo intitolato “Axiomata sive leges motus” (Assiomi o leggi del moto).

In realtà, le leggi fisiche non sono affatto equazioni, per lo meno per come le intende un matematico. In matematica un’equazione è un’affermazione sulla completa equivalenza tra i due membri. La quantità rappresentata a sinistra del segno uguale è (deve essere) uguale (esattamente uguale) a quella a destra del segno. Di conseguenza, si può manipolare l’equazione spostando pezzi da sinistra a destra e viceversa (il che corrisponde a sommare o sottrarre la stessa quantità su entrambi i lati) o scambiandoli tra il numeratore e il denominatore di una frazione (il che equivale a moltiplicare o dividere entrambi i membri per la stessa quantità), seguendo le ben note “regole” dell’algebra.

In matematica F=ma è completamente equivalente ad a=F/m o a m=F/a (d’ora in poi, senza perdita di generalità, passiamo a una versione unidimensionale della Legge di Newton).

Scritta in questo modo l’equazione dice che l’accelerazione di un corpo (a sinistra del segno uguale) si può calcolare come (dipende da) la forza F applicata divisa per la sua massa m. La forma F=ma, invece, si può leggere come se la forza F dipendesse dalla massa e dall’accelerazione del corpo, oppure, peggio, come se F fosse definita come il prodotto di m e a. Le due forme non sono dunque per niente equivalenti, in fisica. D’altra parte, matematicamente anche m=F/a è corretta, ma nessuno si azzarda a scrivere questa legge in questo modo.

Naturalmente, una volta stabilito che l’accelerazione di un corpo dipende dal rapporto tra queste due grandezze, il valore numerico dell’accelerazione, così come è stato ottenuto in seguito a una misura, dev’essere uguale all’intensità della forza, misurata con un dinamometro, divisa per la massa del corpo ottenuta con una bilancia. Interpretate come relazioni tra misure, F=ma e m=F/a sono entrambe perfettamente coerenti: rappresentano l’equivalenza tra i corrispondenti valori misurati.

Tuttavia, anche in questo caso occorre fare attenzione. Infatti, le misure sono sempre affette da incertezze, quindi l’equivalenza è valida solo in media. I numeri effettivamente ottenuti possono non essere uguali, tuttavia l’equazione resta valida. Quando si risolve un esercizio, gli studenti trovano sempre valori “esatti”. Se devono approssimare il risultato, lo fanno solo perché è spesso impossibile scriverlo con precisione. In realtà, i risultati sono approssimati per definizione. Al contrario, quando si fanno misurazioni nelle attività di laboratorio, gli studenti cercano affannosamente (anche con modi poco leciti) di ottenere esattamente le quantità previste: non perché non capiscano che le misure possono fluttuare, ma perché sono abituati a risolvere esercizi il cui risultato è corretto solo se corrisponde esattamente alla soluzione stampata sul libro.

Arte e scienza

Sono stato a Venezia per la Conferenza dell’EPS (European Physical Society) a presentare le mie idee sulla maniera di spiegare il meccanismo di Higgs e la meccanica quantistica, in generale, agli studenti delle scuole superiori. In una pausa, avendo già visitato Venezia in altra occasione, ho pensato di fare un giro in posti non troppo turistici e sono andato a vedere la Scala Contarini del Bovolo: un bell’esempio di architettura tardo gotica.

Casualmente scopro che presso la scala è in corso una mostra di opere di Pablo Echaurren dal titolo “Du champ magnétique“, che evidentemente risuona col mio mestiere di fisico. Ma le coincidenze non finiscono qui. Il titolo allude, oltre che al campo magnetico, al nome di Marcel Duchamp, autore di una celebre opera intitolata Fontana, di cui ne è conservato un esemplare presso la Galleria Nazionale d’Arte Moderna di Roma. L’opera in questione è in realtà un orinatoio, di cui si trovano le tracce in un’opera esposta nella mostra di Echaurren.

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La cosa è interessante perché le mie lezioni di fisica iniziano con la proiezione in aula dell’immagine della Fontana di Duchamp e la richiesta agli studenti di dire di cosa si tratta. Dopo le prime risposte accompagnate da risate li informo che si tratta di un’opera d’arte che molti di loro hanno giudicato, per dirla con Fantozzi, una cagata pazzesca, ma che io invito ad andare a vedere.

Il fatto è che quella che molti giudicano una cagata (sebbene la funzione originale dell’oggetto illustrato sia un’altra), per alcuni è un’opera d’arte e non c’è modo di mettere d’accordo tutti su una questione di questo genere. L’arte, infatti, non si misura: non esiste uno strumento che misuri l’arte. Esistono invece strumenti che misurano temperature, masse, correnti elettriche, etc.. È per questo motivo che il calore, il peso, i circuiti elettrici sono argomenti trattabili da un fisico, mentre l’arte, la religione, la bellezza, l’amore non lo sono. Per un fisico esiste solo ciò che si può misurare. Intendiamoci: è ovvio che esiste l’amore, la bellezza, le ambizioni, i sogni, etc., ma tutte queste cose non possono essere d’interesse professionale per un fisico.

Oltre all’ossessione per Duchamp che si manifesta nella mostra, ci sono altre opere chiaramente ispirate dalla scienza e in particolare dalla fisica, come quelle qui sotto.

Quelle con le strisce di carta possono sembrare del tutto estranee al tema, ma non se se ne conoscono i titoli che sono “Per prendere le misure” e “La misurazione del caso“. E in effetti uno dei primi problemi che un fisico affronta è quello della misura per la quale deve costruire un campione. Il campione è arbitrario e uno dei primi campioni che usiamo nel mio corso è proprio una striscia di carta, salvo poi rendersi conto che presenta alcuni evidenti problemi per cui bisogna abbandonarlo in favore di campioni più solidi.

 

Un laboratorio sulle onde e.m.

Il 20 maggio 2017, in occasione del sabato museale Sapienza, abbiamo dato vita ad alcuni laboratori didattici per ragazzi. In uno di questi abbiamo imparato cosa sono le onde e.m. e come costruire una semplice trasmittente. Per produrre un’onda elettromagnetica di ampiezza variabile abbiam fatto così.

Per prima cosa si prende un oscillatore a cristallo di frequenza pari a 1 MHz (lo potete trovare su Internet a un prezzo che varia dai 3 ai 5 euro). Nell’oscillatore c’è un cristallo di quarzo che oscilla a frequenze fissate quando gli si applica una tensione, come quella di una pila. Il cristallo è contenuto in un contenitore metallico con quattro piedini, come nella figura.

IMG_20170517_120201.jpgIn basso a sinistra si nota un piccolo puntino scuro. Il puntino serve come riferimento per individuare i piedini utili, che sono gli altri tre. Collegando una pila da 9 V ai due piedini che si vedono nella figura sotto si fa oscillare il cristallo contenuto nel dispositivo.

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In uscita dal piedino in alto a destra della figura si può osservare un segnale a onda quadra con frequenza di 1 MHz di ampiezza costante. L’ampiezza di questo segnale dipende dalla tensione applicata. Se quindi facciamo variare la tensione applicata, varierà l’ampiezza del segnale in uscita. Osserviamo l’immagine sotto.

IMG_20170517_120442 La pila è stata posta in serie a un jack e l’uscita dell’oscillatore è stata collegata a un filo volante che fungerà da antenna. Inviando un segnale modulato in ampiezza al jack, la tensione di alimentazione dell’oscillatore varia da 9-V a 9+V, dove V è l’ampiezza del segnale in ingresso. Come segnale si può usare quello in uscita dalla presa cuffie di un PC che ha una frequenza compresa tra 20 e 20.000 Hz (quelle percepibili dall’orecchio umano), molto più bassa di quella dell’oscillatore.

quartz+sound

Supponiamo che il segnale del cristallo in presenza di tensione costante pari a 9 V sia quello rappresentato in viola nella figura superiore, mentre in ingresso al jack finisca un segnale come quello rappresentato nella parte bassa della figura.

Il risultato sarà che in uscita dall’oscillatore vedremo un segnale che è il segnale viola modulato in ampiezza da quello verde, come quello che si vede sotto.

convolution

Questo segnale variabile genera sul filo, che funge da antenna, un’onda e.m. che s’irradia nei dintorni. Mettendosi con un radio AM sintonizzata sulla frequenza di 1 MHz si può così ascoltare la musica che dal PC è irradiata dal dispositivo sotto forma di onde e.m. attraverso il jack inserito nella presa cuffie.

Un trasmettitore così funziona solo su distanze molto brevi, ma funziona, dimostrando la propagazione delle onde e.m..

La Fisica e le Arti Digitali

Si avvia alla conclusione il Media Art Festival di Roma, al MAXXI dal 27 al 29 aprile: un’iniziativa della Fondazione Mondo Digitale che insieme a numerosi partner promuove il ruolo degli artisti digitali come changemakers. In questa edizione il Dipartimento di Fisica di Sapienza ha partecipato con un progetto da me coordinato dal titolo “Il Carbon Footprint attraverso le arti digitali” nel corso del quale tre artisti (Elena Bellantoni, Matteo Nasini e Mariagrazia Pontorno) hanno realizzato, insieme agli studenti di sei scuole altrettante opere. Nel progetto la componente artistica e quella scientifica hanno lavorato per realizzare progetti volti a sensibilizzare gli studenti su importanti temi che riguardano tutti, come il riscaldamento globale, attraverso un approccio che fosse al tempo stesso scientificamente rigoroso e artisticamente valido, grazie anche alla collaborazione di Massimo Margotti, che ha seguito il lavoro degli artisti da molto vicino.

Rimando al sito della manifestazione per tutti i dettagli, ma voglio qui dare una mia personale interpretazione dell’opera degli artisti. Un’interpretazione da fisico che forse non coincide con quella degli autori, ma l’arte ha questo di bello: che si possono avere opinioni e interpretazioni diverse delle opere senza che questo conduca a uno scontro o a dissentire l’uno dall’altro. Tutte le interpretazioni sono valide e legittime ed è in questo (e forse solo in questo) che la scienza si differenzia dall’arte.

Cominciamo con l’opera (Black Flower) di Mariagrazia Pontorno, che ha messo un altoparlante nel fuoco di una parabola specchiante del 1820 custodita, assieme alla sua gemella, nel Museo di Fisica che ho l’onore di dirigere. L’altoparlante diffonde una canzone il cui testo è stato elaborato dagli studenti usando le parole chiave del tema del Carbon Footprint in direzione della parabola. La parabola riflette il suono dirigendolo verso la sua gemella che lo concentra nuovamente nel suo fuoco. Il significato che io do a quest’opera è questo: un fenomeno prodotto in un punto dello spazio (il suono dell’altoparlante), mediato e trasportato dall’interazione con altri mezzi (le parabole) produce un fenomeno a distanza (la percezione del suono nel fuoco della seconda parabola) che solo apparentemente non ha una relazione diretta con la sua causa. Come accade con il riscaldamento globale che appare ai più avere poco o nulla a che fare con i nostri comportamenti che, al contrario, potrebbero essere determinanti per il suo progredire.

Vale qui la pena di ricordare che nessuno di noi ha mai veicolato la tesi secondo la quale il riscaldamento globale sia con certezza causato dall’immissione di anidride carbonica in atmosfera e che questa sia per lo più di origine antropica. Ci siamo limitati a constatare dei fatti: fatti sperimentali. Da questi si possono ricavare modelli che sono più o meno credibili. Esiste certamente una correlazione tra temperatura media del pianeta e percentuale di anidride carbonica presente, così come esiste una correlazione tra attività umane e quantità di anidride carbonica prodotta. Abbiamo solo riflettuto su questo, senza fornire tesi preconfezionate, perché la scienza non ha mai risposte certe, ma solo risposte plausibili, ottenute dall’analisi dei fatti sperimentali. Sono gli avversari della scienza che, al contrario, sono sempre certi delle loro affermazioni, come coloro che sostengono che l’uso dei vaccini sia da sconsigliare.

L’opera di Matteo Nasini (Ricreazione Termica) consiste di un contenitore riempito di fumo che funge da schermo per la proiezione di un filmato girato con una termocamera a infrarossi. La termocamera rende visibile il calore prodotto dai corpi e da ciò che li circonda, e il fumo, evanescente e impalpabile, rende concreta questa visione. Il calore è il tema ricorrente nel caso del problema del Carbon Footprint, e l’anidride carbonica, che appare invisibile ed evanescente, lo rende tristemente percepibile e concreto, come il fumo di Nasini.

Elena Bellantoni invece ha realizzato un filmato (Metronìmia) nel quale studenti della scuola agiscono come un sistema complesso che si auto-organizza per far apparire configurazioni non banali, accompagnati dal suono di metronomi che, grazie a fenomeni di risonanza, iniziano spontaneamente a oscillare in fase, anche se inizialmente azionati in modo casuale. L’opera rappresenta quel che accade in atmosfera dove la somma di impercettibili, ma numerosi, fenomeni, attraverso deboli interazioni che ne esaltano gli effetti, dànno luogo a conseguenze rilevanti dal punto di vista della nostra sopravvivenza.

Di sicuro chi avrà avuto la fortuna di lavorare a queste opere o di parlarne con noi e gli autori, d’ora in poi percepirà le parole della scienza (risonanza, interazione, calore, fenomeni ondulatori,…) con una consapevolezza diversa, e non come fini a sé stesse.

http://carbonfootprint.mondodigitale.org/

La stima di π

Il problema della cosiddetta quadratura del cerchio è molto antico. Consiste nella determinazione dell’area di un cerchio di raggio 1 (l’area del cerchio di raggio qualsiasi essendo semplicemente quella del cerchio di raggio 1 moltiplicata per il raggio al quadrato). Un modo per definire questa misura è il seguente: prendiamo un cerchio di raggio 1 e inscriviamolo in un quadrato, che evidentemente deve avere lato pari a 2 (e dunque area pari a 4). Se chiamiamo π l’area di questo cerchio, il rapporto tra quest’area e quella del quadrato è π/4.

Il 14 marzo è il cosiddetto Pi Day: il giorno del pi greco (in inglese la data del 14 marzo si scrive 3/14). Questo post è dunque un suggerimento per attività didattiche da portare avanti in quella giornata.

Se si distribuiscono N punti in maniera uniforme all’interno del quadrato, una frazione di essi cadrà all’interno del cerchio ed è evidente che il numero di punti che cade all’interno del cerchio diviso il numero di punti N sarà in media uguale al rapporto delle aree di queste figure. Chiamando Nint il numero di punti interni al cerchio possiamo perciò dire che

Nint/N ≃ π/4,

e, di conseguenza, possiamo stimare π semplicemente contando il numero Nint che cade all’interno del cerchio:

π ≃ 4Nint/N.

La statistica c’insegna che la precisione con cui potremo determinare il valore di π sarà tanto migliore quanto maggiore sarà il numero di punti Nint, che a sua volta dipende da N.

Con il linguaggio di programmazione Scratch anche i bambini possono scrivere un semplice algoritmo per stimare il valore di π.

All’indirizzo https://scratch.mit.edu/projects/149703806/ si può vedere in funzione il programma piCat che fa proprio questo. Il gattino di Scratch chiede quanti punti N si devono generare e comincia a mettere un pallino in punti a caso scelti all’interno del quadrato. Quando il pallino si trova nel cerchio (e questo lo si determina controllando il colore col quale il pallino è in contatto) cambia colore e incrementa il valore di un contatore Ninside. La stima di π è costantemente aggiornata. Con N=2000 si trovano valori molto prossimi a quello vero, pari a 3.1415926535897932384626433832795028841971693… (alla pagina http://www.piday.org/million/ trovate il valore di π con un milione di cifre dopo la virgola).

Il meccanismo di Higgs per tutti

È stato da poco dato alle stampe il mio ultimo articolo su come illustrare il Meccanismo di Higgs che fornisce massa alle particelle elementari al grande pubblico. Dalla scoperta della particella si sono moltiplicati i tentativi di rendere accessibile e comprensibile un meccanismo così complesso. Anch’io ho fatto la mia parte con alcuni modelli semplificati: uno più tecnico, con due articoli [1][2], ripreso nel mio testo di Fisica Sperimentale, e un altro adatto a un pubblico più generico come nel caso del video che trovate qui. Ho anche registrato una puntata di FISICAST al riguardo.

Un ulteriore tentativo di rendere comprensibile il meccanismo l’ho fatto con un articolo pubblicato da poco sulla rivista Physics Education, che trovate qui (sito dell’editore) o qui (arXiv). L’articolo ha per titolo “A ball pool model to illustrate Higgs physics to the public” e si può citare come 2017 Phys. Educ. 52 023001. L’identificatore del documento (DOI) è 10.1088/1361-6552/aa4f8a.

Grazie alla Sig.ra Miriam di “Tutto Gonfiabili” per avermi concesso l’uso delle loro immagini.

[1] “The Higgs mechanism for undergraduate students”, in Nucl. Part. Phys. Proc. 273–5 2572–4.

[2] “Unveiling the Higgs mechanism to students” in Eur. J. Phys. 33 1397–406.

Monteverde Scratch Day 2015

Il 9 maggio 2015 si celebra in tutto il mondo lo Scratch Day: un evento dedicato alla diffusione di Scratch, un linguaggio di programmazione per computer appositamente sviluppato per bambini sotto i 12 anni.

Anche quest’anno mi è stato chiesto di tenere un corso veloce di Scratch per i bambini delle terze della scuola primaria “Giorgio Franceschi” di Roma, a cui si sono aggiunti i ragazzi delle prime della media “Fabrizio De André“. Entrambe fanno parte dell’Istituto Comprensivo di Via Fabiola, che promuove quest’attività con entusiasmo.

Così anche quest’anno celebriamo, con 110 bambini, il nostro Monteverde Scratch Day. L’appuntamento è alle 11:00 presso la scuola Franceschi, da dove saremo collegati in videoconferenza con altre scuole nelle quali si è svolto un progetto analogo, grazie alla online meeting room di Scientix. Con noi ci saranno l’Istituto Comprensivo “B. Lorenzi” di Fumane (VR), grazie a Tullia Urschitz, Italian Scientix Ambassador, e altre scuole da Rovereto, Venezia, Treviso, Romania e Slovenia, oltre ad altri ospiti come Eleonora Oantò di Dschola, che organizza l’Italian Scratch Festival, Michele Moro dell’Università di Padova e Alessandro Bogliolo dell’Università di Urbino, ambassador europeo della CodeWeek.

Noi di Roma abbiamo svolto, nella primaria, tre progetti sull’acqua: una classe ha realizzato un’animazione per spiegare gli stati dell’acqua (solido, liquido e gassoso); un’altra ha prodotto un cartone che illustra il ciclo dell’acqua e una terza ha lavorato sull’importanza di evitare lo spreco di acqua producendo un gioco nel quale bisogna raccogliere le gocce d’acqua che cadono dall’alto con un catino. I lavori dei bambini sono tutti condivisi attraverso il sito di Scratch all’indirizzo https://scratch.mit.edu/users/ICViaFabiola/. I ragazzi delle medie invece hanno realizzato progetti diversi, secondo i loro interessi.

Durante il nostro Scratch Day punteremo a dimostrare che la tecnologia non va temuta, ma dominata. Faremo vedere come all’epoca di Gutenberg gli intellettuali tromboni sdegnavano la sua invenzione della stampa a caratteri mobili con l’argomento che nessuno avrebbe mai comprato un volgarissimo libro stampato! Qualcuno oggi avrebbe il coraggio di sostenere che senza quella tecnologia oggi staremmo meglio?

E che dire di Gioachino Rossini che temeva talmente tanto il progresso che dovette essere costretto da un amico a salire su un treno di cui aveva il terrore? Rossini pensava che i treni avrebbero portato l’umanità intera alla rovina e dopo il suo primo (e ultimo) viaggio scrisse un divertentissimo pezzo che consigliamo di ascoltare: un petit train de plaisir.

 

Nel brano Rossini descrive in musica di un avventuroso e pericolosissimo viaggio in treno, con tanto di incidente, morti e feriti. Lo spartito è costellato di didascalie che illustrano le scene musicali. Chi direbbe oggi che i treni sono un’invenzione diabolica?

E oggi tutti parlano del fatto che a causa di Internet e della possibilità di stare online anche al telefono le persone stanno diventando asociali. Guardate le foto sotto e immaginate che
le persone abbiano smartphone invece che giornali tra le mani. antisocial-2   antisocial-1

C’è forse qualche differenza rispetto a quanto vedete oggi?

Una sì, c’è. Ed è che le persone che vedete nelle foto, per incontrare una persona in un’altra città o in un’altra nazione, doveva prendere un treno e viaggiare per ore se non per giorni. Leggere il giornale in treno è un’attività molto meno social rispetto a quella che consiste nell’usare l’e-mail, i social network o le chat. Oggi i nostri bambini possono parlare con quelli di Fumane o della Slovenia grazie alla tecnologia.

La rete e le nuove tecnologie, insomma, sono un formidabile strumento di aggregazione: basta saperlo usare! Non avete idea di quanto siano aggreganti i progetti nati sulla rete: la comunità di Scratch, ad esempio, ha organizzato, nella stessa giornata e in modo del tuttoprivo di qualsiasi coordinamento centrale, ben 300 eventi sparsi in tutto il mondo!

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Per non parlare delle community come Arduino, Linux e simili, che riuniscono persone con estrazioni e interessi diversissimi, che fino a ieri non si sarebbero parlate: programmatori e filosofi, artisti e ingegneri, matematici e letterati.

Anche molti nuovi lavori stanno emergendo, grazie alle nuove tecnologie, mentre quelli più antichi si possono svolgere in modo innovativo e senza rinunciare alla tradizione: ci sono centinaia di agricoltori, artigiani e simili che grazie alle nuove tecnologie affrontano la crisi economica in maniera efficace continuando a distribuire prodotti realizzati secondo i metodi tradizionali. Se volete avere solo una piccola idea di che cosa bolle in pentola guardate qui: http://www.chefuturo.it/.

Non vogliamo che i nostri bambini diventino tutti programmatori di computer, novelli Bill Gates o Steve Jobs, ma è importante che capiscano come funzionano queste macchine e che la tecnologia è uno dei modi in cui si può esercitare la propria fantasia e la propria voglia di scoprire il mondo. Del resto non si studia la Divina Commedia perché tutti diventino come Dante né tantomeno perché s’impara a scrivere in italiano (chi scrive così oggi?). Si studiano Dante, l’arte, la musica, la storia e la matematica perché più si conosce e meglio si vive. E chi di noi non vorrebbe un futuro migliore per i nostri figli?

Se hai partecipato allo Scratch Day o al corso di Scratch ti preghiamo di riempire il questionario che trovi qui.

Scienza e Arte nell’Anno della Luce

Dal 5 marzo al 21 giugno alle Scuderie del Quirinale c’è una mostra di opere di Matisse. Ne sono venuto a conoscenza grazie alla pubblicità esposta un un autobus in servizio che mi precedeva mentre tornavo a casa dal lavoro (vedi foto). La DSC_0433pubblicità mi ha subito colpito per un particolare. Per capire perché è necessario sapere che nel mio ruolo di Delegato alla Comunicazione Scientifica della Facoltà di Scienze di Sapienza Università di Roma, sto curando una mostra, che dovrebbe inaugurarsi a fine settembre, sul tema della luce, in occasione della proclamazione del 2015 come Anno Internazionale della Luce.

Quello che mi ha colpito della pubblicità è il quadro in essa riprodotto: “i pesci rossi”, realizzato nel 1911. Nel quadro Matisse dipinge una vasca con quattro pesci rossi che non si vedono solo attraverso le pareti trasparenti del vaso che li contiene, ma anche attraverso la superficie libera dell’acqua, cioè da sopra (vedi figura a destra). Di sicuro abbiamo avuto piú volte quest’esperienza che consiste nel vedere due immagini dello stesso soggetto.

matisse pesci rossiLa spiegazione del fenomeno è data dalla rifrazione che la luce subisce provenendo dai pesci e passando attraverso le pareti del recipiente dall’acqua ai nostri occhi, ma anche dagli stessi pesci agli occhi attraversando la superficie libera dell’acqua. I due percorsi sono diversi e diverso è l’angolo del quale sono deviati i raggi luminosi, ma hanno la caratteristica di partire da uno stesso punto e di raggiungere entrambi i nostri occhi facendoci percepire due immagini dello stesso soggetto.

È lo stesso fenomeno che mi permette di sorprendere i bambini delle primarie ai quali propongo il seguente esperimento: metto una moneta da due euro sul fondo di una ciotola dalle pareti opache posta al centro d’un banco. Li faccio quindi disporre in circolo attorno alla ciotola e chiedo loro di allontanarsi fino a quando non riescono piú a vedere la moneta. A questo punto verso acqua nella ciotola e magicamente la moneta riappare. A questo punto basta chiedere ai bambini di spiegare perché per far partire un’interessante dibattito scientifico che di solito giunge alla spiegazione corretta abbastanza rapidamente.

Suggerisco ai miei colleghi insegnanti di prepararsi, in occasione dell’Anno della Luce, una lezione integrata di geometria (in particolare di geometria analitica), ottica e arte: i vostri studenti non dimenticheranno piú le Leggi della rifrazione e l’opera di Matisse e di altri pittori che hanno riprodotto situazioni simili.

Di certo ancora una volta si dimostra, se mai ce ne fosse bisogno, che arte e scienza sono tra loro strettamente legate e che, al contrario di quanto pensano in troppi, non è affatto vero che le spiegazioni scientifiche distruggono la poesia di certe manifestazioni della Natura o dell’arte: semmai è vero il contrario! È proprio la possibilità di spiegare razionalmente certi fatti che li rende ancor piú affascinanti. Che meraviglia ci sarebbe se un fenomeno fosse opera di un mago o di qualcosa di soprannaturale? L’abilità di un prestigiatore desta certamente piú ammirazione della constatazione del possesso di poteri magici. Allo stesso modo la spiegazione scientifica di un fenomeno che induce sentimenti di stupore e meraviglia non fa che rafforzare questi sentimenti, dal momento che se ne possono godere tutti, ma proprio tutti, gli aspetti.

Solo chi conosce la fisica di un tramonto può apprezzarne fino in fondo la bellezza, e solo uno sciocco può pensare che la conoscenza dei fenomeni che permettono alla luce del Sole di produrre un tale meraviglia la renda arida e meno godibile di chi non la conosce.

La Notte dei Ricercatori

Anche quest’anno abbiamo celebrato la Notte Europea dei Ricercatori. Quest’anno, nella mia nuova veste di delegato per comunicazione scientifica, ho organizzato, oltre agli ormai classici seminari mattutini per le scuole, la proiezione dei film “A spasso con i dinosauri” e “Smetto quando voglio”.

Dopo il primo film il Prof. Raffaele Sardella, paleontologo di Sapienza, ha risposto alle numerose domande dei bambini presenti. È stato un bel momento: i bambini non hanno paura di fare doSardella risponde alle domande dei bambinimande come gli adulti. Sardella ha spiegato che l’Italia è ricca di giacimenti importanti di reperti fossili e geologici, di grande importanza e da visitare, ma pochi li conoscono. Paradossalmente all’estero questi siti sono molto più conosciuti che in Italia. Anche da qui si dovrebbe ripartire: è quanto mai importante far conoscere il patrimonio del nostro Paese, non solo in termini storico-artistici, ma anche naturalistici e scientifici. E per farlo occorre coinvolgere i più giovani.

Dopo il film i bambini hanno potuto incontrare i ricercatori e partecipare in prima persona a esperimenti di fisica e di chimica. Gli animatori sono stati bravissimi a coinvolgerli, e loro non si sono fatti pregare troppo!

Esperimenti di chimica

Esperimenti di chimica

Esperimenti di fisica

Esperimenti di fisica

“Smetto quando voglio” ci ha offerto numerosi spunti di riflessione. Il primo è che i laureati italiani sono i migliori in ogni campo e sanno fare bene qualunque cosa: perfino i criminali! Erano nostri ospiti Arianna Montanari, biologa e ricercatrice di Sapienza, Luca Moci, matematico ricercatore a Parigi, Alina Ciammaichella, chimico che lavora per un’industria farmaceutica e Michele Bergantino, fisico che si occupa di analisi di rischi finanziari. Avevamo insomma un ampio spettro di opportunità lavorative: da quelle più ovvie a quelle meno.

Interessanti i confronti tra Italia e l’estero che hanno fatto Luca Moci e Michele Bergantino. È vero che anche all’estero molti giovani ricercatori sono a tempo determinato, ma il senso di precarietà non è lo stesso perché, come ha detto Moci, la possibilità di rinnovare il contratto o di trovarne un altro dipende quasi esclusivamente dalla propria bravura e non, come da noi, dalla congiuntura politico-economica, da come si sveglia il Ministro o dal caso. Ogni anno in Francia ci sono concorsi pubblici destinati ad assumere ricercatori a tempo indeterminato e si può programmare una possibile carriera, mentre in Italia non si fanno concorsi anche per dieci anni, per poi fare un’infornata massiccia: chi c’è c’è.

Trovare un lavoro appena fuori da quelli standard, poi, in Italia è quasi impossibile. Il reclutamento si fa solo attraverso canali consolidati e le resistenDSC_0231ze al cambiamento sono enormi. A Londra è normale assumere un fisico per fare analisi finanziarie: gli imprenditori d’oltremanica si rendono ben conto che l’apporto che può dare personale con competenze nuove e motivato può fare la differenza rispetto alla concorrenza.

Questa mentalità non si cambia con le leggi, ahimé. È necessaria una vera e propria rivoluzione culturale che si potrà avere solo se sapremo convincere i giovani a intraprendere carriere diversificate e innovative. Come sempre noi siamo impegnati in quest’attività e per fortuna attorno a me vedo ancora molti giovani motivati e volenterosi. Ce la possiamo fare, è vero, ma almeno non metteteci i bastoni tra le ruote!