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Il viaggio nel tempo è reale, ma non nel modo in cui siamo abituati a pensarlo. Questa potrebbe sembrare una frase uscita da una storia di fantascienza invece contiene un fondo di verità sorprendentemente. La fisica moderna ha infatti dimostrato che il tempo non scorre allo stesso modo per tutti gli osservatori. Con la relatività di Einstein, il tempo è diventato una dimensione legata allo spazio e può essere modificato dalla velocità e dalla gravità.

La dilatazione temporale dovuta alla velocità è stata verificata sperimentalmente. Un ipotetico orologio che viaggia a velocità molto elevate misura un intervallo di tempo leggermente diverso rispetto a uno che rimane fermo. Avvicinandosi alla velocità della luce, l'effetto diventa enorme. Per un viaggiatore che riuscisse a muoversi a velocità relativistiche, potrebbe trascorrere un tempo relativamente breve mentre sulla Terra passerebbero anni o addirittura decenni. È, in un senso rigorosamente fisico, un viaggio nel tempo.
Anche la gravità modifica il ritmo degli orologi. Più forte è il campo gravitazionale, più lentamente scorre il tempo rispetto a un osservatore che si trova in una regione con gravità minore. È la dilatazione gravitazionale del tempo, un fenomeno reale viene giornalmente rilevato nei sistemi GPS. In prossimità di un buco nero, gli effetti potrebbero diventare estremi.
Molto più speculative sono invece le possibilità di viaggiare nel passato. La relatività generale ammette matematicamente alcune configurazioni dello spaziotempo nelle quali potrebbero esistere curve temporali chiuse, percorsi capaci di riportare un oggetto nel proprio passato. Da qui derivano idee come i wormhole attraversabili, i buchi neri rotanti e il cosiddetto cilindro di Tipler, un oggetto teorico infinitamente lungo e in rapidissima rotazione. Altre proposte sono ancora più affascinanti, come la macchina del tempo di Gott, basata su particolari configurazioni di stringhe cosmiche, o la curva spaziotemporale chiusa di tipo tempo, che cercano di affrontare il problema attraverso la meccanica quantistica.

Space Explainer affronta queste possibilità ricordandoci che per viaggiare nel tempo non serve necessariamente una DeLorean DMC-12. Il viaggio nel tempo, dunque, non è semplicemente impossibile né semplicemente possibile. È una delle conseguenze più vertiginose del fatto che lo spazio e il tempo non sono scenari immutabili. La domanda veramente interessante non è più soltanto se possiamo viaggiare nel tempo, ma quanto lontano ci permettono di spingerci le leggi della fisica prima che la realtà stessa ci presenti il conto.

Tra le strutture più enigmatiche dell'universo c'è il Vuoto del Boote, una gigantesca regione di spazio nella direzione della costellazione del Boote, caratterizzata da una densità di galassie sorprendentemente bassa. Scoperto nel 1981 dagli astronomi Robert Kirshner, Augustus Oemler Jr., Paul Schechter e Stephen Shectman attraverso osservazioni dello spostamento verso il rosso delle galassie, questo supervuoto con un raggio di oltre 62 megaparsec. Sebbene alcune galassie sono state individuate al suo interno, il loro numero è enormemente inferiore a quanto ci si aspetterebbe in una regione di quelle dimensioni.

Quando gli astronomi iniziarono a rappresentare tridimensionalmente la distribuzione delle galassie, emerse una realtà sorprendente, l'universo non è distribuito uniformemente, ma assomiglia piuttosto a una gigantesca ragnatela cosmica, composta da filamenti e pareti di galassie che circondano enormi regioni relativamente vuote.
I supervuoti cosmici sono infatti una componente naturale della struttura a grande scala dell'Universo. La gravità ha progressivamente concentrato la materia nelle regioni più dense, mentre quelle inizialmente meno dense hanno perso materia, diventando sempre più vaste e povere di galassie. Il Vuoto del Boote potrebbe quindi essere il risultato dell'evoluzione di numerosi vuoti più piccoli, che nel corso di miliardi di anni si sono fusi in una gigantesca cavità cosmica.

Come spiega Places, la sua esistenza è particolarmente interessante perché mette alla prova la nostra comprensione della materia oscura, della formazione delle galassie e dell'espansione cosmica. Le galassie che possiamo osservare rappresentano soltanto una piccola parte della materia dell'universo, dietro la loro distribuzione visibile si trova una struttura dominata dalla materia oscura, la cui ipotetica natura non barionica giustificarebbe diverse osservazioni astrofisiche tra cui il suo contributo nel modellare questa ragnatela cosmica.

Camminare, correre, salire una scala o semplicemente restare in piedi sono azioni che compiamo senza pensarci. Uno degli aspetti più affascinanti è il modo in cui reagiamo quando perdiamo l'equilibrio. Movimenti che sembrano casuali o addirittura controintuitivi sono, in realtà, il risultato di calcoli istantanei eseguiti dal cervello e governati dalle leggi della meccanica.

Steve Mould, ha analizzato uno di questi comportamenti apparentemente paradossali. Quando una persona viene spinta all'indietro e non ha la possibilità di fare un passo per recuperare l'equilibrio, tende a lanciare le braccia in avanti. A prima vista il gesto sembra illogico: se le braccia vengono spinte in avanti, dovrebbero esercitare una forza uguale e contraria sul corpo, aggravando la caduta all'indietro. La spiegazione, però, non risiede nella terza legge di Newton, bensì nella dinamica dei corpi rigidi e nella conservazione del momento angolare.
Il corpo umano non si comporta come un razzo che si muove espellendo massa, ma come un sistema composto da segmenti collegati tra loro. Muovendo rapidamente le braccia, si modifica la distribuzione delle masse e si genera una rotazione del tronco che contribuisce a riportare il centro di gravità entro la base d'appoggio. È lo stesso principio che permette a un pattinatore artistico di accelerare una trottola raccogliendo le braccia vicino al corpo o di rallentarla aprendole verso l'esterno. In entrambi i casi entra in gioco la conservazione del momento angolare.

Anche la coppia di forze, o momento torcente, svolge un ruolo essenziale. Quando il corpo oscilla, muscoli, articolazioni e arti generano piccole rotazioni che contrastano la caduta. Ogni movimento delle braccia, del busto o della testa produce un effetto che si trasmette all'intero organismo. È un equilibrio dinamico, continuamente corretto attraverso una serie di aggiustamenti quasi invisibili.
Ma la fisica da sola non basta a spiegare questo fenomeno. A coordinare ogni reazione è il sistema nervoso, che integra in pochi millisecondi le informazioni provenienti dagli occhi, dall'apparato vestibolare dell'orecchio interno e dai recettori distribuiti nei muscoli, nei tendini e nelle articolazioni. Questa rete sensoriale consente al cervello di conoscere in ogni istante la posizione del corpo nello spazio e di elaborare la risposta più efficace prima ancora che ce ne rendiamo conto. Molti di questi riflessi sono così rapidi da avvenire senza un controllo cosciente.

Lo studio dell'equilibrio umano ha anche importanti applicazioni tecnologiche. Gli ingegneri che progettano robot umanoidi devono affrontare gli stessi problemi risolti quotidianamente dal nostro organismo. Macchine come Atlas di Boston Dynamics o altri robot bipedi utilizzano sensori inerziali, telecamere e sofisticati algoritmi di controllo per mantenere la stabilità dopo una spinta o durante una camminata su terreni irregolari
Comprendere questi meccanismi ha ricadute anche in campo medico e sportivo. Le ricerche sull'equilibrio contribuiscono allo sviluppo di programmi di riabilitazione per pazienti colpiti da ictus o affetti da malattie neurologiche, oltre a migliorare la preparazione di atleti, ballerini e ginnasti, per i quali il controllo del corpo rappresenta una componente essenziale della performance.

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. [...]