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Fisica

Il gatto di Schrödinger? Ha temperature diverse contemporaneamente

Dopo decenni, un team di fisici dell’Università di Exeter ha enunciato un nuovo principio di incertezza nel mondo dei quanti, che stavolta riguarda la relazione tra temperatura e energia di un oggetto

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Se il gatto di Schrödinger può essere vivo e morto allo stesso tempo, potrà (giustamente) avere due temperature diverse contemporaneamente? La risposta dei fisici dell’Università di Exeter è sì, nel mondo dei quanti è così. E nel loro articolo pubblicato su Nature Communications enunciano una nuova relazione di incertezza quantistica che condanna gli oggetti nanoscopici in un limbo di temperature. Un principio che, a detta degli autori, cambierà il modo in cui gli scienziati misurano la temperatura di gatti di punti quantici, piccoli semiconduttori o singole cellule.

La nuova relazione di incertezza quantistica stabilisce che “più si conosce con precisione la temperatura degli oggetti in un sistema quantistico meno si può stabilire la loro energia, e viceversa”. Chiaro? Probabilmente no. Per cercare di intuire il principio possiamo partire dal principio di indeterminazione nella relazione tra temperature e energia formulato da Heisenberg e Bohr negli anni ’30 del secolo scorso.

Uno dei metodi per misurare con precisione la temperatura di un corpo è quello di immergerlo in un serbatoio (per esempio una vasca di acqua) a temperatura nota e misurare il tempo necessario al raggiungimento dell’equilibrio termico, lo scenario in cui l’oggetto immerso raggiunge la stessa temperatura del fluido del serbatoio. Dal punto di vista microscopico, l’equilibrio termico si raggiunge perché corpo e serbatoio si scambiano continuamente pacchetti di energia infinitesimali: è questo il motivo per cui temperatura ed energia sono intrinsecamente legate. Ed è anche il motivo per cui la misura della temperatura del corpo fa oscillare la misura della sua energia, che quindi resta quantificabile solo all’interno di un certo margine d’errore.

Il ragionamento vale anche nel verso opposto: volendo definire l’energia, si può poi risalire alla sua temperatura? No, perché per misurare l’energia all’interno di un sistema non quantistico dovrei isolare l’oggetto, impedendogli di scambiare energia con qualsiasi cosa. Ma così facendo si preclude la possibilità di misurare la sua temperatura usando il metodo del serbatoio. E dunque, in questo caso, l’incertezza risiederebbe proprio nella temperatura.

I fisici di Exeter hanno portato l’incertezza su scala quantistica e grazie al paradosso del gatto di Schrödinger – l’esperimento ideale pensato dall’omonimo fisico austriaco per spiegare il principio di sovrapposizione e il collasso degli stati, due leggi fondamentali della meccanica quantistica – hanno dimostrato matematicamente che le cose si fanno ancora più strane. Gli scienziati, in particolare, hanno mostrato che il principio di sovrapposizione vale anche per la temperatura, ossia che un sistema quantistico può trovarsi in due (o più) stati di temperatura diversi nello stesso momento. A ciascuno di tali stati corrispondono altrettanti stati di energia, dal momento che – come abbiamo visto – energia e temperatura sono grandezze intrinsecamente legate; e la misurazione della temperatura (proprio come l’apertura della scatola che contiene il gatto) fa sì che il sistema collassi su uno dei tanti stati che componevano la sovrapposizione.





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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

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Fisica

Nella storia dell’essere umano non c’è mai stata così tanta CO₂ nell’atmosfera

Lo scorso weekend la presenza di gas serra ha toccato un nuovo preoccupante livello record di 415,26 parti per milione: non era mai stato così alto da quando l’uomo è sulla Terra

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Gli appelli di Greta Thunberg, la 16enne paladina del clima che ha convinto centinaia di migliaia di studenti in tutto il mondo a protestare contro i cambiamenti climatici e chiede ai governi di impegnarsi molto di più sul fronte ambientale, per ora sembrano essere caduti nel vuoto. Eppure sempre più dati testimoniano la necessità di prendere sul serio l’attivista: questo weekend, i ricercatori dello Scripps Institute for Oceanography di San Diego hanno fatto sapere che la presenza di CO₂ nell’atmosfera ha raggiunto il livello record di 415 parti per milione. Il dato, certificato dall’Osservatorio Mauna Lau delle Hawaii, è il più alto da quando l’uomo è comparso sulla Terra.

Il numero è allarmante. “Non è il più alto solo della storia documentata, o non solo dall’invenzione dell’agricoltura 10mila anni fa: è il più alto dai tempi precedenti ai primi esemplari moderni di essere umano, milioni di anni fa. Non sappiamo nulla di un pianeta come questo”, ha twittato il meteorologo Eric Holthaus.

Gli ha fatto eco la climatologa della Texas Tech University, Katherine Hayhoe. “Come scienziata, quello che mi preoccupa di più non è che abbiamo superato l’ennesima soglia, ma ciò che questo aumento significa nella realtà. Stiamo continuando con un esperimento senza precedenti sul nostro pianeta, che è l’unica casa che abbiamo”.

Un aumento costante

Gli scienziati hanno iniziato a monitorare la presenza di CO₂ nell’atmosfera negli anni Sessanta. Da allora, il livello di emissioni – che era pari a 315 ppm – è sempre aumentato, proporzionalmente allo sviluppo industriale, fino ad arrivare a quota 400 ppm nel 2016. Oggi siamo a 415,26 parti per milione, il che significa che negli ultimi tre anni la presenza di CO₂ è cresciuta in media di 5 parti per milione, soprattutto a causa delle scelte dei governi e dell’utilizzo dei combustibili fossili.

Secondo gli scienziati, è impossibile prevedere cosa comporterà questo livello di CO₂ nei prossimi anni. Si possono solo fare delle ipotesi. Una di queste è che la Terra torni a essere com’era durante il Pliocene, un’epoca geologica che ebbe inizio 5 milioni di anni fa e terminò 2 milioni di anni fa e fu caratterizzata da livelli di Co2 superiori a 400 ppm. Allora la temperatura media era tre gradi più alta di quella odierna, gli oceani erano più alti di 15 metri e non c’erano ghiacciai. Il Polo Sud, per esempio, era ricoperto da foreste.





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Fisica

SpaceX lancia i primi 60 satelliti per l’internet dello spazio, ma Musk è pessimista

SpaceX sulla rampa di lancio per spedire in orbita i primi nodi della rete spaziale, ma il fondatore di Tesla Elon Musk teme un insuccesso, mentre accelera la corsa con i concorrenti. Ecco come seguire il lancio

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Falcon 9 in fase di decollo (Foto: SpaceX/Flickr)

Continua la corsa alla conquista dell’internet spaziale con un lancio di 60 satelliti da parte di SpaceX, la società aerospaziale di Elon Musk, con l’obiettivo di avviare i test della rete web satellitare Starlink. Il lancio dei 60 satelliti caricati nella stiva del razzo Falcon 9 è previsto nella finestra di tempo tra le ore 2.30 e le 4 (fuso orario di Greenwich) del 16 maggio 2019.

L’annuncio è stato dato dal patron di Tesla, Elon Musk, su Twitter, con due foto suggestive del vano di carico del Falcon9 pieno dei satelliti, che verranno rilasciati in orbita a formare la prima parte della rete internet dello spazio.

SpaceX non vuole rimanere indietro dopo che i concorrenti dOne Web, a febbraio, sono riusciti a mettere in orbita 6 satelliti funzionanti. Né vuole essere superata nella corsa allo spazio da Amazon e dai suoi 3.236 satelliti Kuiper

Elon Musk però non è convinto della riuscita del primo lancio. “Molto probabilmente andrà tutto storto nella prima missione”, ha scritto nelle risposte al suo tweet. La rete composta da soli 60 satelliti fungerà da test ma non avrà una ricaduta immediata pet gli untenti. “Saranno necessari altri 6 lanci da 60 satelliti per avere una minima copertura di segnale”, ha spiegato Musk, “e altri 12 per una moderata”.

Finora SpaceX ha inviato in orbita solamente due satelliti di test, denominati TinTin A e TinTin B. I 60 satelliti prossimi al lancio sono un’evoluzione di quei modelli ma non sono ancora la versione definitiva. Sono prototipi sacrificabili per testare l’efficacia del progetto, che si comporrà, nei piani di SpaceX, di circa 12mila satelliti.

Il decollo avverrà dalla stazione aeronautica di Cape Canaveral in Florida e potrà essere seguito dalla diretta live trasmessa sul canale YouTube di SpaceX .





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Fisica

Caro Libero, ti spieghiamo la differenza tra meteo e clima

Secondo il quotidiano un maggio così freddo basterebbe a smentire il riscaldamento globale in atto, che la scienza sta denunciando ormai da anni. Ancora una volta è stata fatta confusione tra meteo e clima

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Riscaldamento del pianeta? Ma se fa freddo”. Così titola e si risponde il quotidiano Libero, nella sua prima pagina di lunedì 6 maggio 2019. L’ennesima leggerezza giornalistica dovuta alla confusione tra due concetti molto diversi tra loro, quello di clima e quello di meteo. A detta dell’autore dell’articolo, infatti, quest’inizio di maggio così freddo e piovoso, con nevicate anche a bassa quota, in tutta la nostra penisola, smentirebbe il riscaldamento globale in atto che la scienza e Greta Thunberg, la sedicenne svedese diventata una celebrità nella lotta al cambiamento climatico (ma che il giornale non perde occasione di chiamare Gretina), stanno denunciando ormai da anni.

libero surriscaldamento globale

Ma bastano davvero temperature rigide e piogge torrenziali per sbugiardare i cambiamenti climatici? No, anzi. Si tratta solamente dell’ennesimo errore da parte di un giornale, che ha confuso fenomeni meteorologici anomali di qualche giorno con il clima e quindi il cambiamento climatico, che si misura invece su lunghe scale temporali. Ricordiamo, infatti, che poco tempo fa anche il Messaggero di Roma aveva fatto uno scivolone simile, titolando un articolo del 5 gennaio scorso con “Il freddo di questi giorni allontana i timori sul riscaldamento globale”. Come vi avevamo raccontato, il giornale aveva successivamente rimediato al “malinteso”, riferendo che era saltato un “non” che aveva cambiato tutto il senso della frase.

Ricordiamo che la lettura degli eventi meteo estremi potrebbe essere proprio l’opposto a quanto sostenuto dal giornale: sarebbero infatti proprio i cambiamenti climatici a generale e rendere più frequenti le ondate di gelo e di calore. E di documenti scientifici che lo dimostrano ce ne sono a palate. Per citarne alcuni, i dati dell’Istituto di science dell’atmosfera e del clima (Isac) del Cnr di Bologna hanno evidenziato come il 2018 è stato l’anno più caldo degli ultimi due secoli nel nostro Paese, confermando la tendenza all’aumento delle temperature medie del pianeta. “Il 2018 è stato l’anno più caldo dal 1800 ad oggi per l’Italia”, ci aveva raccontato il climatologo Michele Brunetti“Con una anomalia di 1,58°C sopra la media del periodo di riferimento dal 1971 al 2000, ha superato il precedente record del 2015 (1,44°C sopra la media)”.

Secondo uno studio della University of Hawaii, pubblicato su Nature Climate Change, le ondate di caldo sono destinate ad aumentare: come sottolineano i ricercatori, nei prossimi anni, le emissioni di gas serracontinueranno a crescere e il 75% della popolazione mondiale potrebbe essere esposto entro il 2100 a ondate di calore mortali. E se le cose non cambieranno, stando al Climate Action Tracker, sempre nel 2100 la temperatura sarà di 3,4°C più alta rispetto a quella attuale, con conseguenze catastrofiche.

Ricordiamo, inoltre, che dall’inizio del 2019 sono già stati registrati 33 record di caldo, ma nessuno di freddo. Lo aveva raccontato al New Scientist il climatologo Maximiliano Herrera, a commento dell’ondata di gelo eccezionale (temperature di -40 gradi) che aveva investito l’America del Nord a gennaio scorso. Secondo lo scienziato, per poter dire che un clima sia stabile, il numero di record di temperature calde e fredde dovrebbe essere uguale. Ma stando alle ultime analisi, nel 2018 ben 430 stazioni in tutto il mondo hanno registrato temperature massime e solamente 40 hanno riportato i minimi storici. Un confronto che è il chiaro ed ennesimo segno del fatto che il nostro pianeta stia diventando sempre più caldo.

 





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