Le due relatività.
Gli articoli originali del 1905 e 1916
Albert Einstein (prefazione di Vincenzo Barone)
Bollati Boringhieri, 2015, pp. 94, € 12

Recensione di Renato Serafini

Per festeggiare i 100 anni della relatività sono state promosse diverse iniziative, tra le quali questa pregevole traduzione degli articoli originali di Albert Einstein, quello della relatività speciale del 1905 e quello della relatività generale del 1916, accompagnati dalla prefazione del fisico Vincenzo Barone, che ricostruisce la genesi dei due lavori, sintetizzandone i contenuti.

Di norma, ricorda Barone, un lavoro scientifico perde di attualità dopo alcuni anni; anche se i contenuti possono rimanere validi, lo stile e le argomentazioni diventano inevitabilmente obsoleti. «La memoria einsteiniana del 1905 – aggiunge invece Barone – costituisce un’eccezione: è leggibile oggi come 110 anni fa. La relatività speciale è tuttora insegnata e studiata lungo le linee tracciate in quelle pagine».

Va ricordato che le due relatività (speciale e generale), oltre a essere state verificate sperimentalmente nei laboratori di tutto il mondo, hanno anche importanti applicazioni pratiche. La più popolare è forse la correzione relativistica che viene applicata al sistema di localizzazione GPS, ampiamente usato nei sistemi di navigazioni marittimi, aerei e automobilistici.

Infatti il sistema GPS si basa sulla misurazione del tempo impiegato da un segnale radio a percorrere la distanza tra uno dei satelliti della costellazione GPS e il ricevitore presente sulla barca, sull’aereo o sull’automobile. Le due relatività ci dicono, però, che l’orologio presente sul satellite e quello del ricevitore vanno a velocità diverse. In particolare, per la relatività speciale l’orologio del satellite, essendo in movimento rispetto al ricevitore, rallenta di circa 7 microsecondi al giorno rispetto all’orologio del ricevitore. Per la relatività generale la velocità di un orologio dipende dalla forza gravitazionale ed è tanto maggiore quanto minore è questa forza. Quindi l’orologio sul satellite va più veloce di quello del ricevitore assunto sulla superficie terrestre, con uno scarto valutato in circa 45 microsecondi al giorno. L’insieme delle 2 correzioni relativistiche, di segno opposto, porta quindi a uno scarto tra i 2 orologi di circa 38 microsecondi al giorno. Se non effettuassimo queste correzioni relativistiche, si avrebbe un errore nella determinazione della posizione del GPS di circa 10 chilometri, mentre l’accuratezza del sistema GPS è di circa 10 metri!

Al di là dell’importanza delle due relatività, la lettura degli articoli originali di Einstein ci fa anche riscoprire l’eleganza, la chiarezza e la semplicità con cui lo stesso autore scrisse i suoi lavori.

Einstein amava partire da principi di carattere generale, da cui derivare le conclusioni dei suoi lavori.

La relatività speciale si basa su 2 principi:

• Le leggi fisiche devono essere le stesse per tutti i sistemi di riferimento inerziali (che si muovono, cioè, di moto rettilineo uniforme l’uno rispetto all’altro; si tratta del principio di relatività ristretta);
• la luce ha la stessa velocità in tutti i sistemi di riferimento inerziali, indipendentemente dal moto dell’osservatore e della sorgente della luce.

Il primo principio, ci ricorda lo stesso Einstein, vale anche per la meccanica classica di Galileo e Newton; non è, quindi, una novità. Lo diventa quando viene accoppiato al secondo principio, che invece è fortemente controintuitivo. La nostra esperienza delle piccole velocità ci insegna che se andiamo in bicicletta a 20 km/h in direzione opposta a una automobile che va a 80 km/h, misurerò una velocità dell’automobile rispetto alla bicicletta di 100 km/h. Il secondo principio ci dice, invece, che se andiamo incontro a qualunque velocità a un raggio di luce che viaggia a 300.000 km/s misureremo sempre la stessa velocità della luce di 300.000 km/s. Questa affermazione controintuitiva è, però, verificata sperimentalmente ed è quindi assunta come un principio nel lavoro di Einstein del 1905. Da questi due assunti il lavoro dimostra, con passaggi matematici semplici che richiedono solo una competenza algebrica di livello liceale, come sia necessario modificare i concetti di spazio e di tempo, che diventano grandezze proprie del sistema di riferimento in cui si effettuano le misure.

Vengono, quindi, dedotte le semplici relazioni algebriche che legano le velocità degli orologi e la misura delle lunghezze in due sistemi in movimento rettilineo uniforme tra di loro (come quello dell’automobile e quello della bicicletta), dette trasformazioni di Lorentz.

La relatività generale, che ha richiesto 10 anni di duro lavoro da parte di Einstein, estende il principio di relatività a sistemi in moto accelerato l’uno rispetto all’altro, introducendo un nuovo modo di “vedere” la gravità, grazie al “principio di equivalenza”. «L’importanza del principio di equivalenza – ci ricorda Barone – sta nel fatto che esso permette di prevedere alcuni effetti della gravità semplicemente guardando che cosa succede in un sistema accelerato equivalente». L’esempio tipico è quello di un ascensore che viene “tirato” verso l’alto con una accelerazione pari all’accelerazione di gravità. Chi sta nella cabina non distingue questa situazione da quella che proverebbe stando fermo sulla superficie terrestre, visto che in entrambi i casi sperimenterebbe la stessa forza peso verso il pavimento della cabina. Ma risulta anche abbastanza evidente che, se si spara un raggio di luce orizzontalmente nella cabina tirata verso l’alto, questo raggio entra in una parete della cabina, ma esce dall’altra parete leggermente più in basso, perché nel frattempo la cabina si è spostata verso l’alto. Quindi, grazie al principio di equivalenza, in presenza della gravità la luce “deve” curvare, come prevede la relatività generale.

Insomma due lavori vecchi di 100 anni ma ancora attuali e bellissimi da leggere o da rileggere!

Homo credens.
Perché il cervello ci fa coltivare e diffondere idee improbabili
Michael Shermer
Nessun Dogma, 2015, pp. 454, € 22,00

Recensione di Silvano Fuso

Nella mia oramai più che ventennale militanza all'interno del CICAP mi è capitato di imbattermi nelle credenze nei confronti dei fenomeni più assurdi e inverosimili: poteri psichici, incontri con alieni, miracoli, comunicazione con i defunti, improbabili complotti, ecc. Una domanda che mi sono sempre posto, e che inevitabilmente nasce nella mente di chiunque si occupi di pseudoscienze, è la seguente: come fanno certe persone a credere in simili bizzarrie? Una risposta semplicistica, ma totalmente sbagliata, attribuisce la credulità a ignoranza, dabbenaggine, ingenuità e scarso esercizio del senso critico. La risposta è sicuramente sbagliata perché molto frequentemente capita di trovare persone che credono in cose palesemente assurde ma che, al tempo stesso, riescono a essere perfettamente razionali e intelligenti in altri ambiti e che sono pure caratterizzate da un buon livello culturale. Quindi le motivazioni delle loro credenze irrazionali devono risiedere in qualcosa di ben più profondo.

Alla ricerca di tali motivazioni è proprio dedicato il libro Homo credens (titolo originale The Believing Brain) di Michael Shermer. Sottotitolo dell'edizione italiana è: Perché il cervello ci fa coltivare e diffondere idee improbabili. Già, perché di solito, chi si innamora di certe idee non si limita a tenerle per sé, ma tende a diffonderle, cercando di fare proseliti.

L'autore del libro, Michael Shermer, è un ben noto esponente del movimento scettico statunitense, fondatore della rivista Skeptic e della Skeptics Society, autore di innumerevoli saggi e programmi televisivi di divulgazione scientifica. L'edizione italiana è inoltre impreziosita dalla prefazione di Vittorio Girotto, professore presso l'università IUAV di Venezia, stimato esperto nel campo della psicologia cognitiva.

Homo credens è diviso in quattro parti: “Viaggi nella fede”, “La biologia del credere”, “La fede nelle cose invisibili”, “La fede nelle cose visibili”.

Nella prima parte, a conferma del fatto che le credenze assurde possano nascere nella mente di chiunque, indipendentemente dall'intelligenza e dal livello culturale, Shermer inizia il suo corposo saggio con la dettagliata descrizione di tre casi significativi. Il primo è la storia di un muratore in pensione, divenuto amico di Shermer, protagonista di una visione “soprannaturale” che rivoluzionò totalmente la sua esistenza. Il secondo è la vicenda di un brillante scienziato, che collaborò allo Human Genome Project e che dirige attualmente il National Institut of Health, il quale ebbe anch'egli un'esperienza “mistica” che lo trasformò da ateo incallito a fervente attivista del movimento evangelico. Il terzo caso è infine l'esperienza personale dello stesso Shermer che da ragazzo, nel corso dell'ultimo anno di liceo, ebbe una vera conversione religiosa che lo indusse, per i successivi sette anni, a diffondere la parola di Dio di porta in porta. Successivamente però lo stesso Shermer fu protagonista di una progressiva transizione che lo condusse dal suo giovanile stato di fervido credente a quello attuale di ateo e scettico convinto, attivamente impegnato nella lotta contro le false credenze.

Nella seconda parte del volume, dedicato a “La biologia del credere”, Shermer cerca di individuare le basi biologiche ed evolutive che inducono il cervello umano ad accettare affermazioni illusorie. Alla base delle false credenze vi sono, secondo l'autore, due principi fondamentali che guidano inconsapevolmente la nostra mente: lo schemismo e l'intenzionismo.

Il nostro cervello si è evoluto in maniera tale da farci individuare schemi dotati di senso nella realtà che ci circonda. E questo ci ha aiutato a sopravvivere. Purtroppo però, come afferma Shermer:

«Ahinoi, l'evoluzione non ci ha impiantato nel cervello un rilevatore di balle capace di distinguere tra schemi reali e schemi inesistenti, né un meccanismo regolatore per modulare la nostra facoltà di riconoscerli.»

Analogamente, l'evoluzione ci ha indotto ad «attribuire un significato e un'intenzione agli schemi». Questa tendenza ci ha sicuramente aiutato a proteggerci dai predatori e dai nemici che sono agenti intenzionali. Ma ci porta anche a immaginare l'esistenza di agenti intenzionali invisibili in eventi che sono, al contrario, completamente casuali. Da qui l'invenzione di anime, spiriti, fantasmi, dei, demoni, angeli e tante altre entità disincarnate o di regie di misteriosi poteri occulti per spiegare avvenimenti altrimenti interpretabili in modo molto più semplice.

Con ampi e dettagliati riferimenti alla letteratura scientifica, Shermer illustra poi quali siano i processi biochimici e neuronali che determinano la nascita delle false credenze nel nostro cervello.

Nella terza parte, Shermer analizza nei dettagli le nostre credenze nei confronti di cose invisibili, quali l'aldilà, Dio, gli alieni e i complotti. Infine, nella quarta parte, l'autore mostra come la nostra credulità possa manifestarsi anche nei confronti di cose visibili, ad esempio nella nostra fede politica. Inoltre analizza efficacemente come noi tendiamo continuamente a ricercare “prove” che confermino i nostri pregiudizi (bias di conferma e relative varianti). La tesi di fondo del libro, infatti, è che il nostro cervello prima crea le nostre credenze e, solo successivamente, ricerca (e inevitabilmente trova) le prove a loro sostegno.

In definitiva, quindi, noi siamo creduloni per natura. Come viene ampiamente mostrato nella parte conclusiva del libro, con significativi riferimenti storici, solamente il metodo scientifico, che è fondamentalmente una forma raffinata di scetticismo, può salvarci dalle innumerevoli bufale che il nostro cervello costruisce. Come afferma Shermer:

«Il principio scientifico secondo il quale un enunciato è falso finché non viene dimostrato va contro la nostra tendenza naturale ad accettare come vero ciò che riusciamo a comprendere velocemente. Ecco perché dobbiamo valorizzare lo scetticismo e la miscredenza, sostenendo chi è disposto a cambiare idea di fronte a prove nuove. Al contrario, le istituzioni -specie quelle religiose, politiche ed economiche- premiano la credenza nelle dottrine della fede, del partito e dell'ideologia, punendo chi sfida l'autorità dei capi e scoraggiando l'incertezza in generale e lo scetticismo in particolare.»

Insomma, il lavoro per i movimenti scettici non manca e il libro di Shermer rappresenta un utilissimo strumento per chiunque voglia occuparsi di false credenze. Per contrastare le quali infatti occorre prima di tutto conoscerle e comprendere per quale motivo esse esercitino un irresistibile fascino sulla mente umana.

Meccanica quantistica.
Il minimo indispensabile per fare della (buona) fisica
Leonard Susskind, Art Friedman
Raffaello Cortina Editore, 2015, pp. 310, € 27

Recensione di Renato Serafini

Come è noto, la meccanica quantistica, che studia il comportamento delle particelle elementari quali gli elettroni, è la parte della fisica meno intuitiva e di più difficile comprensione. Per poter comprendere i suoi principi è quindi necessario utilizzare uno strumentario matematico minimo, senza il quale è impossibile procedere nel suo studio, visto che l’intuizione fisica del mondo macroscopico non ci può aiutare, al contrario di quanto avviene nello studio della fisica classica. Tra gli esempi più anti-intuitivi della meccanica quantistica ricordiamo il fatto che una particella (come un elettrone) possa non avere una posizione definita; che una particella possa “attraversare” un ostacolo apparentemente insuperabile con una certa probabilità (effetto tunnel); che in determinate circostanze lo stesso identico esperimento possa produrre risultati diversi, seppure all’interno di una certa legge di probabilità nota.

Queste peculiarità – di essere poco-intuitiva e di aver bisogno di una minima cassetta di attrezzi matematici – rende particolarmente ardua la scrittura di un libro divulgativo sulla materia. Come ricorda uno degli autori, «la meccanica quantistica può essere compresa fino ad un certo punto a un livello puramente qualitativo. Ma la matematica è ciò che porta la sua bellezza in piena evidenza».

Alla luce di queste difficoltà, questo libro rappresenta uno straordinario e ben riuscito risultato di divulgazione scientifica; la genesi stessa del libro e il profilo dei due autori aiutano a capire come sia stato possibile riuscire in questo difficile intento. Leonard Susskind è un fisico americano molto noto, che ha contribuito, negli anni Settanta del secolo scorso, alla nascita della cosiddetta “teoria delle stringhe”; Friedman è un ingegnere appassionato di fisica. Il libro nasce dalla rielaborazione delle lezioni tenute da Susskind alla Stanford University, lezioni seguite da Friedman per assecondare il suo interesse per la fisica. La presenza di Friedman nel suo ruolo di “studente”, unita alla grande capacità divulgativa di Susskind, ha probabilmente creato quella “magica” sinergia tra i due autori, che ha potuto dare luogo a questo libro che riesce a mantenere un miracoloso equilibrio tra la chiarezza espositiva e la necessità di illustrare con la matematica i concetti di base della meccanica quantistica.

Come si dice spesso, ogni formula in più presente in un libro divulgativo allontana un certo numero di lettori. Bisogna essere onesti al riguardo: questo libro è pieno di formule, ma ogni formula è introdotta e spiegata in dettaglio, introducendo i concetti più difficili con esempi ed esercizi. In estrema sintesi, comunque, per apprezzare questo libro è sufficiente una conoscenza superficiale dei concetti di derivata, di integrale e di spazio vettoriale. Gli spazi vettoriali, di dimensione finita e infinita, sono comunque introdotti e spiegati in dettaglio nel libro stesso, insieme alle definizioni di applicazione lineare, autovettore e autovalore, concetti fondamentali nella matematica della meccanica quantistica.

Con questa cassetta di attrezzi matematici, guidati dalla sapiente mano degli autori nei loro rispettivi ruoli, vengono illustrate tutte le più importanti caratteristiche della meccanica quantistica, quali il dualismo tra onde e particelle e il principio di indeterminazione, arrivando a trattare poi l’oscillatore armonico quantistico e l’equazione di Schrödinger, che descrive l’evoluzione nel tempo di un sistema quantistico. È inclusa un’ampia sezione sull’entanglement, quella “sorprendente” proprietà dei sistemi quantistici per la quale ci può essere una “misteriosa” interazione immediata a distanza tra 2 particelle lontane anche anni luce tra di loro, fenomeno che turbò anche la mente di Albert Einstein.

Chi vuole approfondire la materia potrà consultare questi altri due bei libri divulgativi: La guerra dei buchi neri di Leonard Susskind, recensito sul numero 6 di Query dell’estate 2011, e Entanglement di Amir Aczel, recensito sul numero 14 di Query dell’estate 2013. Il primo libro approfondisce le relazioni tra la meccanica quantistica e la relatività generale di Einstein, problema fondamentale per capire le proprietà dei buchi neri.

Il secondo è un libro specifico sull’entanglement e descrive anche tutte le verifiche sperimentali che sono state effettuate negli ultimi decenni per dimostrare la realtà di questo “misterioso” fenomeno.

Vaccini, complotti e pseudoscienza
Sergio Della Sala, Sara Pluviano, Silvano Fuso, Armando De Vincentiis, Edoardo Altomare, Paolo Attivissimo, Giovanni Ragazzini, Cristina Da Rold, AIRI Ricerca
C’era Una Volta edizioni
ebook € 7,50 - edizione cartacea € 15

Recensione di Pasquale Supino

E pensare che tutto ha avuto inizio da un imbroglio.

Nel 1998 la rivista scientifica The Lancet, una delle più prestigiose al mondo e con un notevole impact factor, presentò uno studio a firma del medico britannico Andrew Wakefield dal titolo quasi incomprensibile che, però, racchiudeva un messaggio devastante: tra il vaccino trivalente (morbillo, parotite e rosolia) e l’autismo esisteva una correlazione scientificamente dimostrata. La duplice e quasi immediata conseguenza di questa pubblicazione fu un calo delle vaccinazioni e il relativo aumento esponenziale di casi di malattie che proprio grazie ai vaccini avevano subito un forte ridimensionamento. L’eco mediatica che seguì la “scoperta” e l’incredulità di gran parte della comunità scientifica portarono numerosi studiosi a provare a riprodurre i risultati raggiunti da Wakefield e a un’indagine del General Medical Council britannico: venne così fuori un gigantesco conflitto di interessi del dottore britannico, che lo aveva condotto ad alterare le conclusioni della propria ricerca, i cui risultati non sono mai stati riprodotti da altri scienziati. Ciò ebbe come effetto il ritiro dello studio da parte di The Lancet, con tanto di scuse. Ciò, però, non è stato sufficiente a fermare il calo di vaccinazioni.

Per quanto possa sembrare assurdo, a distanza di circa un ventennio gli effetti negativi del caso Wakefiled non si sono ancora arrestati, anzi sembra che negli ultimi anni i dubbi sull’utilità dei vaccini e sulla loro inoffensività stiano aumentando in maniera direttamente proporzionale alla diffusione di panzane più o meno credibili a cui i social network, a causa della scarsa attenzione dei loro utilizzatori, fanno da grancassa. Appare, pertanto, un’operazione meritoria quella messa in campo da un nutrito gruppo di studiosi e giornalisti italiani che, nel libro Vaccini, complotti e pseudoscienza, ci raccontano i motivi per i quali vaccinarsi è importante, a quali rischi si va incontro in caso di mancata profilassi, come mai gli effetti della bufala di Wakefield non si siano ancora arrestati e chiariscono perché i presunti complotti delle case farmaceutiche che speculerebbero sui vaccini siano da ritenersi assolutamente infondati. Gli autori, esperti nei più svariati campi scientifici (medicina, biologia, chimica) e divulgatori di prim’ordine, accomunati dall’amore per la scienza e per la verità, hanno confezionato un libro composto da capitoli leggeri e approfonditi al tempo stesso, ognuno dei quali affronta l’argomento vaccini da una prospettiva diversa. A mero titolo esemplificativo, segnaliamo gli interventi di medici specialisti che spiegano perché vaccinarsi sia fondamentale; quelli di giornalisti scientifici che analizzano la buona (e cattiva) informazione su temi sanitari; l’intervento dell’esperto in bufale e fandonie, onnipresenti soprattutto su internet, che illustra come e perché teorie strampalate abbiano sempre grande successo tra il grande pubblico; o ancora il piacevole excursus di chimici e biologi che spiegano come nasce un vaccino e perché non si debba aver paura a farselo inoculare.

Viviamo, inutile nasconderlo, in un periodo storico in cui i media preferiscono occuparsi unicamente di argomenti leggeri e, nei rari casi in cui affrontano temi scientifici, spesso lo fanno dando spazio alle tesi più assurde, dimenticando il primo degli obiettivi di un bravo giornalista: fornire all’utente un’informazione completa e corretta.

È vero, esistono delle lodevoli eccezioni (sul tema vaccini-autismo ne citiamo due: Riccardo Iacona, che in una recente puntata di Presa Diretta ha dimostrato quale sia il vero significato di “servizio pubblico”, e Gianluca Nicoletti, padre di Tommy, bambino autistico, che da anni si batte, sia su Radio24 che sul suo blog, per una corretta informazione scientifica), che però non sono sufficienti ad arginare la cattiva informazione sul tema. Alla luce di ciò, recarsi il libreria e acquistare questo testo non solo vi ripagherà di tutte le corbellerie ascoltate nell’ultimo periodo, ma fungerà da antidoto (anzi, da vaccino) contro ogni tipo di disinformazione.

La lettura scorre rapida ed è consigliata per persone con qualsiasi titolo di studio, ma è indicata soprattutto per chi, a fronte della proposta del medico di vaccinare se stesso o i propri figli, si lascia assalire da dubbi e preoccupazioni e ha necessità, in definitiva, di comprendere quale sia la scelta giusta da fare.