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Il suono è una presenza invisibile che accompagna ogni istante della nostra vita. Lo percepiamo come voce, musica, rumore o silenzio interrotto, ma raramente ci soffermiamo a riflettere sulla sua natura fisica. Eppure, basta un esperimento tanto semplice quanto affascinante per rendere visibile ciò che normalmente sfugge ai nostri occhi. La fisica Helen Czerski, in un esperimento realizzato per BBC Earth Science, ha disposto una serie di candele davanti a un grande altoparlante, dimostrando come le onde sonore possano essere osservate attraverso il movimento sincronizzato delle fiamme.
Quando l'altoparlante emette un suono, l'aria non si sposta in un'unica direzione, ma vibra comprimendosi e rarefacacendosi migliaia di volte al secondo. Queste variazioni di pressione, invisibili all'occhio umano, raggiungono le candele facendone oscillare le fiamme. Il dettaglio più sorprendente è che ogni candela si muove in perfetta sincronia con le altre: non si tratta di un movimento casuale, ma della rappresentazione visibile di un'onda che attraversa lo spazio trasportando energia.

L'esperimento rivela una caratteristica fondamentale del suono: ogni nota possiede una propria struttura. Una voce umana, il suono di un violino o il rombo di un motore non differiscono soltanto per il volume, ma per la complessa forma delle onde che producono. Frequenza, ampiezza e armoniche si combinano in modi unici, creando quella firma acustica che permette al nostro cervello di distinguere una persona da un'altra o uno strumento musicale da un altro. Le candele, in questo senso, diventano una sorta di visualizzatore analogico capace di trasformare la fisica in spettacolo.
Il suono è anche uno degli strumenti più potenti con cui l'uomo esplora l'universo. Pur sapendo che nel vuoto dello spazio le onde sonore non possono propagarsi, gli astronomi convertono in segnali acustici dati raccolti da telescopi e sonde spaziali, traducendo oscillazioni elettromagnetiche, vibrazioni stellari e onde di pressione nei gas cosmici in frequenze udibili. Allo stesso modo, la sismologia studia l'interno della Terra analizzando le onde generate dai terremoti, mentre la medicina utilizza gli ultrasuoni per osservare il corpo umano senza interventi invasivi.

Questa capacità di vedere il suono ha una lunga storia scientifica. Già nel XVIII secolo Ernst Chladni mostrò come la sabbia disposta su una lastra metallica assumesse eleganti figure geometriche quando la lastra veniva fatta vibrare con un archetto. Oggi le moderne tecniche di visualizzazione delle onde sonore permettono di progettare sale da concerto, migliorare l'acustica degli edifici e perfino manipolare minuscole particelle attraverso la levitazione acustica.

Tra le immagini più celebri della storia dell'arte, la Notte stellata continua a esercitare un fascino quasi ipnotico. Dipinta da Vincent van Gogh nel 1889 durante il suo soggiorno nell'ospedale psichiatrico di Saint-Rémy-de-Provence, l'opera rappresenta molto più di un semplice paesaggio notturno. Il cielo vorticoso, attraversato da spirali luminose e onde di colore, sembra trasformarsi in un organismo vivo, in continuo movimento, sospeso tra realtà, emozione e visione interiore.

Attraverso la sua tecnica materica fatta di pennellate dense e pulsanti, van Gogh riuscì a creare una sensazione dinamica senza precedenti. Le stelle non sono punti fermi nel cielo, ma sembrano vibrare; le nuvole diventano correnti fluide; la notte stessa appare attraversata da energia cosmica. Il piccolo villaggio sottostante, quieto e silenzioso, contrasta con la violenza quasi mistica del firmamento, creando un equilibrio tra calma terrestre e tumulto universale.
Per molto tempo questa potenza visiva è stata interpretata soprattutto in chiave emotiva e simbolica, legata alla tormentata vita dell'artista. Tuttavia, negli ultimi decenni, studiosi di matematica e fisica hanno osservato qualcosa di sorprendente: i vortici dipinti da van Gogh sembrano rappresentare con straordinaria precisione alcuni modelli della turbolenza fluidodinamica, uno dei fenomeni più complessi della natura.

La turbolenza è il comportamento caotico dei fluidi quando si muovono in modo irregolare e imprevedibile. È un problema che ancora oggi sfida fisici e matematici. Eppure, osservando le spirali della Notte stellata, diversi ricercatori hanno notato strutture visive sorprendentemente simili alle distribuzioni energetiche descritte dalla teoria matematica della turbolenza sviluppata nel Novecento, come racconta Natalya St. Clair su TED-Ed.
È straordinario pensare che un artista privo di formazione scientifica abbia intuito intuitivamente dinamiche che la fisica avrebbe formalizzato soltanto decenni dopo. Forse non si trattò di conoscenza razionale, ma di una sensibilità visiva eccezionale. Vincent van Gogh osservava il mondo non come una superficie immobile, ma come un flusso continuo di energia e trasformazione.

Quando pensiamo all'universo, ci viene in mente un affascinante panorama di stelle scintillanti, galassie maestose e nebulose splendenti. Tuttavia, la maggior parte dell'universo è composta da quello che potrebbe sembrare un'immenso e silenzioso spazio deserto. Questi vasti vuoti cosmici sono delimitati da filamenti, enormi strutture formate da ammassi e superammassi di galassie, legati tra loro da forze gravitazionali. I vuoti hanno dimensioni che variano tra gli 11 a e i 150 megaparsec, quelli particolarmente grandi e caratterizzati dall'assenza di superammassi vengono definiti supervuoti. Ma cosa sono esattamente i supervuoti e perché sono così importanti per la nostra comprensione dell'universo?
I supervuoti rappresentano strutture dinamiche che giocano un ruolo fondamentale nell'architettura dell'universo stesso. In queste regioni dell'universo la densità delle galassie è molto più bassa del normale. Si ritiene che i vuoti si siano formati a partire da oscillazioni acustiche barioniche a seguito del Big Bang, collassi di massa per implosioni della materia barionica compressa. Con il passare del tempo, questi vuoti possono crescere e fondersi, modellando il tessuto dell'universo.

Come racconta Kurzgesagt, il loro studio offre spunti pertinenti su come la materia e l’energia si distribuiscono attraverso l'universo. La loro dinamica contribuisce a interazioni cosmiche più ampie e, in ultima analisi, alla formazione di galassie e strutture più complesse.

Il 2025 è stato un anno di significativi traguardi per il CERN, l'organizzazione europea che sta ampliando i confini della fisica delle particelle. Uno dei momenti salienti è stato il successo del LHC che ha raggiunto un traguardo storico collidendo ioni di ossigeno per la prima volta e rilevato la conversione del piombo in oro, un passo straordinario nel nostro percorso di comprensione della materia.
Durante l'anno sono stati accolti nuovi stati membri nell'organizzazione, un segno del crescente interesse e supporto per la ricerca scientifica. Inoltre sono stati compiuti progressi significativi nella preparazione dei futuri acceleratori di CERN, continuando a pianificare e progettare le infrastrutture necessarie per le scoperte del domani.

Con la chiusura dell’anno, ci ritroviamo a riflettere su questi straordinari successi che hanno caratterizzato la ricerca scientifica al CERN. La curiosità e l'innovazione sono i motori che spingono il progresso dell'umanità, mentre ci impegnamo a svelare i misteri dell'universo e comprendere sempre più a fondo la nostra realtà.

Le bolle di sapone possono essere un divertimento passatempo, ma anche un affascinante esempio per parlare di geometria e fisica. Trefor Bazett, docente all'Università di Victoria, descrive il comportamento e la struttura di lamine di acqua saponata formando bolle con strutture geometriche complesse.

Bazett inizia presentando un telaio a forma di tetraedro, spiegando come le bolle che si formano in questa struttura non siano semplici sfere. Il tetraedro ha quattro angoli e la bolla che si forma al suo interno è l'intersezione di quattro piani che si incontrano in un punto centrale. Questo dimostra come la geometria del telaio influisca sulla forma delle bolle e come esse cerchino sempre di minimizzare la superficie, raggiungendo la configurazione più efficiente possibile. Ma cosa succede se si usa un telaio a forma di cubo? Bazett mostra come le bolle che si formano in questa nuova struttura creino piani intersecanti che si incontrano in un quadrato centrale.

Le leggi matematiche che governano queste formazioni sono affascinanti e rivelano i principi della natura stessa. Conosciute come leggi di Plateau, spiegano perché le lamine di acqua saponata si incontrano sempre in gruppi di tre lungo un bordo, chiamato bordo di Plateau, e lo fanno con un angolo 120°. E come i bordi di Plateau si incontrino in un vertice a quattro equivalente a un angolo tetraedrico.

Il Big Bang ha segnato l'inizio del nostro universo circa 13,8 miliardi di anni fa, ma la sua natura è spesso fraintesa. James Wade, in un'analisi approfondita, evidenzia cinque tra i miti più comuni che circondano questo evento fondamentale.

1) Il Big Bang è l'esplosione che ha dato inizio al nostro Universo.
[...] l'idea di una "esplosione iniziale" non ha nulla a che fare con il Big Bang. Non è stata un'esplosione iniziale a far sì che le galassie si allontanassero l'una dall'altra, ma piuttosto la fisica dell'universo in espansione governata dalla relatività generale di Einstein. [...] Non c'è stata alcuna esplosione, solo una rapida espansione che si è evoluta in base agli effetti gravitazionali cumulativi di tutto ciò che è contenuto nel nostro universo.

2) C'è un punto nello spazio a cui possiamo far risalire l'"evento" del Big Bang.
[...] Il Big Bang non è accaduto in un solo punto, ma piuttosto si è verificato ovunque contemporaneamente, e lo ha fatto una quantità limitata di tempo fa. Quando guardiamo indietro alle regioni più distanti dell'universo, stiamo guardando indietro nel tempo, e così anche ogni altro osservatore da ogni altra prospettiva che l'universo offre. Il fatto che l'Universo non abbia strutture ripetute, non mostri alcun bordo identificabile e non abbia una direzione preferita offre tutte le prove che non esiste un punto di origine specifico per il Big Bang: è accaduto ovunque contemporaneamente, senza alcuna posizione centrale preferita. [...]

3) Tutta la materia e l'energia nel nostro universo sono state compresse in uno stato infinitamente caldo e denso al Big Bang.
Se l'universo si sta espandendo e raffreddando oggi, allora deve essere stato più piccolo, più denso e più caldo in passato. Questo aspetto della cosmologia è vero; la tua intuizione non ti ha portato fuori strada. Puoi immaginare, infatti, di tornare indietro, per quanto la tua immaginazione può portarti, fino a quando non hai raggiunto una dimensione che diventa infinitamente piccola, portando a densità arbitrariamente elevate e temperature infinite. Ti fa pensare alla nozione di singolarità: dove tutta la materia e l'energia del cosmo erano compresse in un unico punto. Forse, penseresti, quello è stato l'"istante" del Big Bang: uno stato infinitamente caldo e denso. [...]

Non è completamente sbagliato, ma è una vecchia e obsoleta nozione del Big Bang. [...]

4) Il Big Bang rende inevitabile che il nostro Universo sia nato da una singolarità.
[...] Possiamo solo affermare, sulla base delle prove osservazionali che abbiamo, che l'inflazione è durata almeno una piccola frazione di secondo, non ha portato a una singolarità in sé o all'inizio del Big Bang caldo, e che non sappiamo cosa sia venuto prima che iniziasse l'inflazione.

5) Lo spazio, il tempo e le leggi della fisica non esistevano prima del Big Bang.
[...] non raggiungiamo una singolarità quando parliamo anche delle prime fasi del Big Bang caldo, né raggiungiamo una singolarità quando parliamo del periodo di inflazione cosmica che lo ha preceduto. In effetti, rimaniamo ben al di sotto della scala di Planck durante tutte queste fasi, e quindi le leggi della fisica non si rompono. Ciò significa che le leggi che conosciamo devono certamente essere esistite durante la fase inflazionistica che ha dato origine al Big Bang stesso, e che anche lo spazio che il tempo devono essere esistiti. [...]

I fisici Rolf Ent del Jefferson Lab e Richard Milner del MIT, in collaborazione con James LaPlante, hanno creato una nuova visualizzazione dei nuclei atomici.
Con il termine nucleo atomico, in fisica, ci si riferisce alla parte densa e centrale di un atomo, costituita da nucleoni, particelle subatomiche che comprendono protoni e neutroni.

Per la prima volta, le dimensioni, le forme e le strutture dei nuclei nel regno quantistico sono state visualizzate attraverso un nuovo tipo di animazione.
Il video introduce anche il babysecondo: questa unità di misura equivalente a 10^-23 secondi permette di definire meglio le velocità delle particelle a queste microscopiche scale di distanza. Un fotone che si muove alla velocità della luce attraversa tre femtometri (un po' più del raggio dell'ossigeno-16) in un babysecondo. Il femtometro è l'unità di misura di lunghezza utilizzata in fisica per misurare i raggi atomici e i raggi delle particelle fondamentali ed euivale a 10^-15 metri.

La teoria atomica ci ha portato dalla speculazione filosofica dell'antichità all'era atomica in cui ci troviamo oggi. Attraverso secoli di scoperte scientifiche e sperimentazioni, siamo giunti a comprendere la struttura e il funzionamento degli atomi, imparando infine a padroneggiarne il potere.

Chemistorian ne ripercorre le tappe a partire dalle prime idee sull'atomismo risalenti all'antica Grecia, con filosofi come Democrito e Leucippo che ipotizzavano l'esistenza di particelle indivisibili chiamate atomi.
È stato con l'avvento del metodo scientifico e l'inizio dell'era della chimica moderna che la teoria atomica ha iniziato a essere supportata da prove sperimentali. Scienziati come John Dalton nel XVIII secolo hanno sviluppato un modello atomico basato su esperimenti chimici che dimostravano la combinazione di elementi in proporzioni fisse.
Successivamente, con la scoperta delle particelle subatomiche, come gli elettroni, da parte di scienziati come J.J. Thomson e la scoperta del nucleo atomico da parte di Ernest Rutherford, la teoria atomica si è arricchita di nuove conoscenze e ha iniziato a delineare la struttura interna dell'atomo.

Nel XX secolo la scoperta della fissione nucleare e la successiva creazione delle prime armi atomiche hanno portato l'umanità nell'era atomica. L'utilizzo distruttivo dell'energia atomica durante la Seconda Guerra Mondiale ha sottolineato sia i benefici che i rischi associati all'atomica. Da allora, la scienza e la tecnologia hanno continuato ad avanzare nel campo dell'energia nucleare, portando allo sviluppo di centrali nucleari per la generazione di elettricità e all'utilizzo dell'energia atomica in ambiti come la medicina e la ricerca scientifica.

Kurzgesagt approfondisce il concetto filosofico e teologico di libero arbitrio affrontandolo dal punto di vista della fisica, mettendo a confronto determinismo e comportamento emergente.

La prospettiva deterministica, immaginata nell'esempio, assume che subito dopo il Big Bang un supercomputer abbia analizzato ogni singola particella dell'universo e ne abbia registrato tutte le proprietà. Applicando semplicemente le leggi deterministiche della fisica, dovrebbe essere in grado di predire cosa faranno tutte le particelle esistenti fino alla fine dei tempi.
Quindi, dato che noi siamo fatti di particelle, sarebbe tecnicamente possibile sapere in ogni momento tutto ciò che faremo. Il nostro passato, presente e futuro erano già predeterminati e decisi al momento del Big Bang. Questo implica l'esistenza di una sorta di destino e noi non abbiamo nessuna possibilità di deviare dal binario prestabilito.

D'altro canto esiste un argomento rilevante a favore della volontà individuale di decidere gli scopi del nostro agire e pensare.
Sappiamo che possiamo ridurre tutto ciò che esiste nelle sue particelle elementari guidate dalle leggi della fisica che le regolano. Tuttavia c'è un intoppo: non possiamo spiegare l'universo osservando solo delle particelle, ma la complessità porta necessariamente al comportamento emergente che per sua natura è impredicibile e dunque legato al libero arbitrio quando lo associamo a esseri viventi.

Nella teoria della complessità il comportamento emergente è la situazione nella quale un sistema complesso esibisce proprietà macroscopiche ben definibili, difficilmente predicibili sulla base delle leggi che governano le sue componenti prese singolarmente, scaturendo dunque dalle interazioni lineari e non-lineari tra le componenti stesse: quantunque sia più facilmente riscontrabile in sistemi di organismi viventi o di individui sociali oppure ancora in sistemi economici, l'emergenza si manifesta anche in contesti molto più elementari, come ad esempio la fisica delle particelle e la fisica atomica.

L'emergenza può essere definita anche come il processo di formazione di schemi complessi a partire da regole più semplici, e una esemplificazione può ottenersi osservando il gioco della vita di John Conway, nel quale poche semplici regole fissate per pochi individui di base possono condurre a evoluzioni assai complesse.