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Fisica

5 errori che facciamo sull’ evoluzione

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Il 12 febbraio è l’anniversario della nascita di Charles Darwin e, come ogni anno, la ricorrenza è l’occasione per riaffermare pubblicamente l’attualità degli studi e dell’insegnamento dell’evoluzione attraverso gli eventi Darwin Day. I Darwin Day italiani sono segnalati dal portale dell’evoluzione Pikaia, mentre il sito dell’International Darwin Day Foundation mostra gli eventi in tutto il mondo.

Per gli obiettivi che si pone la celebrazione, questo Darwin Day è forse il più significativo degli ultimi anni: dopo l’elezione di Trump negli Usa si sono intensificati i tentativi di indebolire l’insegnamento dell’evoluzione, mentre anche in Europa, a lungo considerata relativamente immune a questo tipo di antiscienza, il creazionismo continua ad avanzare.

Eppure, se molto spesso fraintendiamo alcuni aspetti dell’evoluzione non è necessariamente colpa della propaganda creazionista (che di questi tempi qualcuno forse chiamarebbe post-verità). Buona parte degli errori che facciamo sono molto probabilmente dovuti a come ragiona e comunica la nostra specie. Per esempio l’idea (errata) dell’evoluzione come progresso, che a volte ci fa paragonare gli organismi a tecnologie, è molto diffusa anche perché siamo naturalmente portati ad attribuire un fine a quello che ci circonda. In occasione del Darwin Day proviamo allora a raccontare altri 5 errori comuni che facciamo sull’evoluzione.

1. L’evoluzione NON spiega l’origine della vita
Charles Darwin
 e Alfred Russel Wallace erano dei geni e la loro teoria, opportunamente aggiornata, è in grado di spiegare la diversità della vita sul nostro pianeta.

Quello che non spiega, invece, è come sia nata la vita. Gli scienziati non hanno dubbi che i primissimi organismi terrestri siano stati immediatamente sottoposti ai meccanismi evolutivi, e che quello che vediamo intorno a noi sia il risultato di quella che Darwin chiamava “discendenza con modificazioni”. Ma senza la materia prima, l’evoluzione biologica non può avere luogo. Com’è nata allora la vita? La realtà è che ancora non lo sappiamo. In generale, gli scienziati parlano di abiogenesi: sulla Terra primordiale processi naturali hanno probabilmente portato ai composti chimici alla base della vita, e in centinaia di milioni di anni questi si sarebbero auto-organizzati in sistemi molecolari in grado di replicarsi e mantenere un metabolismo, cioè le prime forme di vita. Viene usato a questo proposito anche il termine evoluzione chimica, perché si può comunque immaginare un processo graduale, dove magari alcuni sistemi sono diventati predominanti, ma si tratta di qualcosa di ben distinto dall’evoluzione biologica di Darwin e Wallace: come detto l’origine della vita è un problema scientifico aperto.

2. NON ci siamo evoluti per caso
Diversi creazionisti credono che secondo i biologi il cambiamento degli esseri viventi sia dovuto al puro caso, e spesso a loro supporto citano un esempio del celebre astronomo Fred Hoyle: se un tornado passasse sopra un deposito di rottami, quali sono le probabilità che il risultato sia un Boeing 747 perfettamente funzionante? In realtà l’esempio (ampiamente demolito) di Hoyle riguardava l’abiogenesi, ma argomenti di questo tipo risalgono addirittura ai tempi di Darwin.

Il caso ha una grande importanza nell’evoluzione, ma dire che l’evoluzione è un processo casuale è errato; allo stesso tempo è errato affermare che è un processo dove il caso non conta nulla. Sì, le mutazioni del dna sono in genere definite casuali, nel senso che l’emergere di una certa mutazione non dipende dai bisogni dell’individuo o della specie. Ma la selezione naturale (come quella sessuale) è l’opposto del caso: l’adattamento è reso possibile da questo onnipresente filtro che nel tempo modifica il patrimonio genetico delle popolazioni. Non è affatto un caso se alcune delle (rare) mutazioni che permettono agli individui di lasciare più discendenti si diffondono.

 

evoluzione

 

3. L’evoluzione È osservabile
Si dice che l’evoluzione sia lenta e graduale, e che per questo non è possibile osservarla direttamente. In realtà è vero che l’evoluzione è graduale e molti cambiamenti avvengono nella scala dei tempi geologici, ma esistono molti casi nei quali è possibile osservare l’evoluzione in diretta, o quasi. Usando organismi che si riproducono molto velocemente, come i batteri, gli scienziati possono osservare in laboratorio la selezione naturale e le altre forze dell’evoluzione, come nel caso del E. coli Long-Term Evolution Experiment (Ltee) cominciato dal microbiologo Richard Lensky (Michigan State University) nel 1988. Rapidi adattamenti sono osservabili anche fuori dai laboratori: la resistenza dei batteri agli antibiotici è forse l’esempio più immediato, ma tutti i patogeni, dagli insetti ai funghi, sviluppano rapidamente ceppi resistenti a tutte le nostre contromisure. Anche i vertebrati possono cambiare nel giro di pochi decenni, e in tutto il mondo stiamo già assistendo agli adattamenti dovuti al cambio climatico.

4. Gli esseri umani NON hanno smesso di evolversi
Nel 2013 il divulgatore britannico David Attenborough ha affermato che, almeno nei paesi più sviluppati, l’evoluzione umana si sarebbe fermata: medicina ed elevati livelli di benessere avrebbero eliminato la lotta per la sopravvivenza, e di conseguenza l’evoluzione. Non è chiaro come un divulgatore tanto preparato abbia potuto fare un tale scivolone, ma i biologi non hanno tardato a replicare. Sì, indiscutibilmente la specie umana sta continuando a evolversi, anche nelle società dove quasi tutti raggiungono tranquillamente fino all’età riproduttiva. Non è infatti necessario che molti individui non sopravvivano perché l’evoluzione avvenga: finché alcuni faranno più figli di altri, finché continueremo a scegliere (quindi in maniera non casuale) se e con chi riprodurci, e finché l’ambiente intorno a noi continuerà a mutare, il dna delle popolazioni continuerà a cambiare e l’evoluzione continuerà la sua strada.

5. L’adattamento perfetto NON esiste
Quando volte guardando un documentario abbiamo sentito il narratore affermare che un certo organismo era “perfettamente adattato”? Sicuramente i risultati della selezione naturale possono farci rimanere a bocca aperta, ma i biologi sanno che la perfezione non è un concetto applicabile agli esseri viventi. Come spiega Marco Ferrari nel libro l’Evoluzione è ovunque (Codice, 2015) anche i più stupefacenti adattamenti sono frutto di compromessi, non c’è spazio per assoluti:

“Per diventare una macchina da predazione, l’evoluzione del ghepardo ha dovuto obbedire a numerosi compromessi che derivano da spinte evolutive differenti. Quelle che portano alla velocità evolverebbero strutture per farlo correre il più rapidamente possibile, ma “coabitano” con altre, come robustezza o capacità riproduttiva. Il risultato sono caratteristiche a metà strada tra le une e le altre. […] Non può esistere, quindi, un ghepardo velocissimo e fortissimo”.

Le stesse considerazioni sono valide per qualunque specie, anche la nostra. Basta pensare alla nostra postura eretta con andatura bipede, celebrata come un traguardo nella famosa (e antiscientifica) icona La marcia del progresso: rispetto alle altre scimmie gli umani hanno pelvi più strette, una caratteristica che rende il parto più rischioso, anche a causa della grandezza del nostro cervello. Un bacino ancora più stretto, spiega Ferrari, faciliterebbe la corsa, ma renderebbe impossibile la riproduzione, quindi quello che osserviamo è il risultato di un compromesso tra diverse spinte evolutive.





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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Com’è Space Rider, il prossimo “accessorio” a salire a bordo di un razzo Vega

Un laboratorio orbitante che, una volta esaurito il suo scopo, può rientrare a Terra senza inquinare il cosmo. Il suo funzionamento, spiegato in un’animazione

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Potremmo definirlo il coltellino svizzero delle prossime missioni di esplorazione spaziale. Si chiama Space Rider e consiste in un insieme di dispositivi fatti apposta per lavorare nelle basse orbite, e quindi attorno alla Terra, come un vero e proprio laboratorio multifunzione in condizioni di microgravità.

Montato sui razzi Vega, i lanciatori di ultimissima generazione che portano i orbita i satelliti, il sistema è progettato per tornare al suolo dopo ogni missione, ed è quindi riutilizzabile e non produce spazzatura spaziale. Nel video possiamo scoprire com’è fatto da vicino.





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È morto il premio Nobel per la fisica della teoria dei quark, Murray Gell-Mann

È scomparso a 89 anni il premio Nobel per la fisica Murray Gell-Mann, che ha classificato le particelle subatomiche e fondato la teoria dei quark. Ecco la sua storia

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Murray Gell-Mann durante una lettura a Wuhan, in Cina, nel 2010 (foto: Vcg via Getty Images)

È morto il fisico statunitense Murray Gell-Mann, premio Nobel per la fisica nel 1969, che ha dedicato la sua vita alle ricerche sulle particelle subatomiche, creando la teoria dei quark. Gell-Mann si è spento a Santa Fe il 24 maggio 2019 all’età di quasi 90 anni (era nato il 24 settembre 1929 a New York): a dare notizia ufficiale della sua scomparsa è il Santa Fe Institute. I meriti di Gell-Mann riguardano in particolare la classificazione delle particelle subatomiche: il fisico ha fornito una sorta di “tavola periodica” di queste particelle, dividendo protoni, neutroni, mesoni e barioni in gruppi con proprietà simili.

Inoltre, ha descritto le loro interazioni e insieme al fisico George Zweig ha previsto l’esistenza dei quark. Ecco la storia di Gell-Mann.

Un altro grande della fisica se ne va (ricordiamo infatti la recente scomparsa del grande astrofisico Stephen Hawking). Murray Gell-Mann ha contribuito ampiamente al cosiddetto Modello Standard, la teoria fisica che descrive tutte le particelle e le interazioni fisiche – ad eccezione di una, quella gravitazionale – e che fornisce il modello più completo per rappresentare la realtà conosciuta Fin da giovanissimo, Gell-Mann compie operazioni matematiche mentali “che la maggior parte delle persone non è in grado di fare”, a detta del fratello Benedict, che lo ha definito come “precoce”. A 14 anni Murray Gell-Mann conclude le scuole superiori per iscriversi a fisica alla Yale University, laureandosi nel 1948, a 18 anni. Successivamente ha conseguito il dottorato in fisica al Mit nel 1951, a 21 anni. “Se un bambino cresce con l’idea di diventare uno scienziato”, ha detto una volta Gell-Mann “scopre di essere pagato tutto il giorno per giocare al gioco più eccitante mai ideato dall’umanità”. Insomma, talento e passione si sono combinati, nella vita di Gell-Mann, per produrre un risultato scientifico di grande importanza.

In particolare, nel 1955, dopo il dottorato, si unisce alla facoltà di fisica al Caltech, dove lavora con Richard Feynman a una teoria che è alla base del decadimento radioattivo del neutrone – e che è stata proposta in modo indipendente dai fisici George Sudarshan e Robert Marshak. Successivamente Gell-Mann si dedica alla classificazione delle particelle subatomiche divise in gruppi da 8 e da 10, coniando l’espressione, tuttora in uso e valida, della “via dell’ottetto”. Questa teoria organizza barioni e mesoni in ottetti – gruppi da 8 – ed è alle fondamenta del modello di quark sviluppato negli anni seguenti.

La teoria dei quark è stata avanzata nel 1964 da Murray Gell-Mann e George Zweig. I due fisici ipotizzarono la presenza di queste nuove particelle elementari per spiegare la struttura degli adroni, particolari particelle subatomiche composte, un’ampia categoria che include mesoni e barioni (che a loro volta comprendono protoni, neutroni e altre particelle). Il nome quark fu scelto proprio da Murray Gell-Mann, che si ispirò a un vocabolo senza significato utilizzato in un passo di un romanzo di James Joyce. Il passo recita “Three quark for Mister Mark!” dove quark è una storpiatura della parola quart, che indica un boccale di birra da due pinte. Il termine quark e il riferimento ai tre quark – che effettivamente compongono il protone e il neutrone – convince Gell-Mann a chiamare con questo termine queste particelle elementari, i mattoncini fondamentali delle particelle subatomiche classificate come adroni.

Questi studi sono valsi a Gell-Mann il premio Nobel per la Fisica, conferito nel 1969 per “il suo contributo e le scoperte riguardanti la classificazione delle particelle elementari e le loro interazioni”. La teoria dei quark è tuttora valida e proprio quest’anno, nel 2019 una particella prevista da Gell-Mann, il pentaquark (composto da cinque quark), è stata osservata sperimentalmente dal Large Hadron Collider (Lhc) al Cern di Ginevra. Un’altra conferma del rigore e della solidità degli studi del premio Nobel.

Ma l’opera di Gell-Mann non finisce qui. Dopo le ricerche sulle particelle elementari, ha lavorato al Cern di Ginevra con il collaboratore Harald Fritzsch, allo sviluppo della cromodinamica quantistica (acronimo Qcd), la teoria fisica che descrive l’interazione forte (la teoria fondamentale della forza nucleare forte), l’interazione di base tra quark e gluoni. Si tratta di un mattone importante del Modello Standard delle particelle elementari.

Negli ultimi anni di vita, si interessa alla complessità dei sistemi biologici, sociologici, ecologici e dell’informatica e fu co-fondatore del Santa Fe Institute per studiare questi sistemi complessi. Gell-Mann ha descritto i suoi due principali interessi, le particelle e i sistemi complessi alla base della realtà, nel libro pubblicato nel 1994, The Quark and the Jaguar: “si tratta di due aspetti della natura”, commenta il fisico, “da un lato, le leggi fisiche sottostanti il funzionamento della materia e dell’universo e dall’altro, la ricca fabbrica del mondo che percepiamo in maniera diretta e di cui siamo parte”.





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