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Fisica

Una nuova soluzione al paradosso di Fermi

Alcuni astronomi affermano in un nuovo studio che i movimenti stellari dovrebbero facilitare la diffusione delle civiltà in tutta la galassia, ma noi potremmo comunque trovarci soli

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Per quanto ne sappiano, siamo sempre stati soli. Siamo solo noi su questo puntino azzurro pallido, “la casa di tutti quelli che amate, di tutti quelli che conoscete, di tutti quelli di cui avete mai sentito parlare”, per citare una famosa frase di Carl Sagan. Nessuno ha chiamato, nessuno è venuto in visita. Eppure l’universo è pieno di stelle, quasi tutte hanno pianeti, e su alcuni di questi pianeti è sicuramente possibile vivere.

Dove sono tutti quanti? Il fisico italiano Enrico Fermi sarebbe stato il primo a porre questa domanda, nel 1950, e da allora gli scienziati hanno proposto una grande quantità di soluzioni al paradosso che porta il suo nome. Una delle più note è arrivata dallo stesso Sagan, che, insieme a William Newman, in un articolo del 1981 disse che dovevamo solo avere pazienza. Nessuno ci ha visitato perché sono tutti troppo lontani; perché si evolva una specie abbastanza intelligente da inventare viaggi interstellari ci vuole tempo, e altro tempo ancora perché quella specie si diffonda in così tanti mondi. Nessuno è ancora arrivato.

Altri ricercatori hanno sostenuto che la vita extraterrestre potrebbe diventare spaziale solo molto di rado (proprio come sulla Terra è stata una sola specie a diventarlo). Qualcuno sostiene che le specie con buone capacità tecnologiche, quando emergono, si autodistruggono rapidamente. Altri ancora suggeriscono che gli alieni potrebbero averci visitato in passato, o che ci stiano evitando di proposito, essendo abbastanza intelligenti da diffidare di tutti gli altri. Forse la risposta più pessimista è un fondamentale articolo  del 1975, in cui l’astrofisico Michael Hart dichiarò che l’unica ragione plausibile per cui nessuno ci ha visitato è che in realtà là fuori non c’è nessuno.

Enrico Fermi

© ImageSource / AGF

 

Ora arriva un articolo che confuta Sagan e Newman, ma anche Hart, e offre una nuova soluzione al paradosso di Fermi evitando le speculazioni sulla psicologia aliena o l’antropologia.

La ricerca, che è in corso di revisione per la pubblicazione su “The Astrophysical Journal” (qui il pre-print su arXiv.org), suggerisce che una civiltà spaziale non avrebbe bisogno di tutto il tempo ipotizzato da Sagan e Newman per saltare tra i pianeti della galassia, perché i movimenti delle stelle possono aiutare a diffondere la vita.

“Il Sole è stato vicino al centro della Via Lattea 50 volte”, ha detto Jonathan Carroll-Nellenback, astronomo dell’Università di Rochester, che ha condotto lo studio. “I soli movimenti stellari permetterebbero la diffusione della vita su scale temporali molto più brevi rispetto all’età della galassia.” Ma anche se le galassie possono essere completamente colonizzate in tempi abbastanza brevi, la nostra solitudine non è necessariamente paradossale: secondo le simulazioni di Carroll-Nellenback e colleghi, la variabilità naturale significa che a volte le galassie sono colonizzate, ma spesso non lo siano, risolvendo il dilemma di Fermi.

La questione di quanto facilmente possa essere colonizzata la galassia ha avuto un ruolo centrale nei tentativi di risolvere il paradosso di Fermi. Hart e altri hanno calcolato che una singola specie spaziale potrebbe popolare la galassia in pochi milioni di anni, forse anche in soli 650.000 anni. Data la relativa facilità con cui dovrebbero diffondersi, la loro assenza indica che non devono esistere, secondo Hart.

Sagan e Newman sostenevano che ci sarebbe voluto più tempo, in parte perché le civiltà longeve hanno la tendenza a crescere più lentamente. Società con ritmi di crescita più rapidi e violenti potrebbero estinguersi prima di aver potuto toccare tutte le stelle. E’ quindi possibile che siano esistite molte società con una crescita rapida e una vita breve, che poi sono scomparse, o qualche società con un’espansione lenta e una lunga vita, che non sono ancora arrivate, come ha sintetizzato la tesi di Sagan e Newman Jason Wright della Pennsylvania State University, coautore del nuovo studio.

Ma Wright non è d’accordo con nessuna delle due soluzioni. “Così si confonde l’espansione della specie nel suo complesso con la sostenibilità dei singoli insediamenti”, ha detto. “Anche se fosse vero per una specie, l’idea che se si stanno espandendo sono necessariamente di breve durata non è una ferrea legge della xenosociologia”. Dopo tutto, ha osservato, la vita sulla Terra è robusta, “e si espande molto velocemente”.

Nel loro nuovo articolo, Carroll-Nellenback, Wright e i loro collaboratori Adam Frank dell’Università di Rochester e Caleb Scharf della Columbia University, hanno cercato di esaminare il paradosso senza avanzare ipotesi non verificabili. Hanno modellato la diffusione di un “fronte d’insediamento” attraverso la galassia, e hanno scoperto che la sua velocità sarebbe fortemente influenzata dai movimenti delle stelle, che nei lavori precedenti – compresi quelli di Sagan e Newman – erano trattate come oggetti statici.

Il fronte di insediamento poteva percorrere l’intera galassia sulla base dei soli movimenti delle stelle, indipendentemente dalla potenza dei sistemi di propulsione. “C’è molto tempo per una crescita esponenziale che porti sostanzialmente all’insediamento di ogni sistema”, ha detto Carroll-Nellenback.

Allen Telescope Array

L’Allen Telescope Array è uno dei più grandi rediotelescopi usato anche per la ricerca di forme di vita intelligente extraterrestre. (Cortesia Seth Shostak/SETI Institute)

Ma il fatto che non ci siano visitatori interstellari – quello che Hart ha chiamato “Fatto A” – non significa che non esistano, dicono gli autori. Anche se alcune civiltà potrebbero espandersi e diventare interstellari, non tutte durerebbero per sempre. Inoltre, non tutte le stelle sono una meta interessante, e non tutti i pianeti sono abitabili. C’è anche quello che Frank chiama “l’effetto Aurora”, dall’ominimo romanzo di Kim Stanley Robinson, in cui i coloni arrivano su un pianeta abitabile su cui non possono comunque sopravvivere.

Quando Carroll-Nellenback e i suoi coautori hanno incluso nel loro modello questi ostacoli all’insediamento ed effettuato molte simulazioni con diverse densità stellari, semi di civiltà, velocità dei veicoli spaziali e altre variabili, hanno trovato un ampio spazio intermedio tra una galassia silenziosa e vuota e una brulicante di vita. E’ possibile che la Via Lattea sia parzialmente colonizzata o che lo sia saltuariamente; forse gli esploratori ci hanno visitato in passato, ma non ce ne ricordiamo, e si sono estinti. Il sistema solare potrebbe anche essere in mezzo ad altri sistemi colonizzati; è stato solo trascurato dai visitatori per milioni di anni.

Anders Sandberg, futurologo del Future of Humanity Institute all’Università di Oxford, che ha studiato il paradosso di Fermi, ha detto di pensare che le navicelle spaziali diffonderebbero le civiltà più efficacemente dei moti stellari. “Ma il rimescolamento delle stelle potrebbe essere importante”, ha scritto in un’e-mail, “poiché è probabile che diffonda sia la vita, attraverso la panspermia locale [la diffusione dei precursori chimici della vita], sia l’intelligenza, se è davvero così difficile percorrere lunghe distanze”.

Frank pensa che il nuovo articolo dia speranza a chi, come il SETI, cerca forme di vita intelligente. Lui e Wright dicono che ora dobbiamo cercare più intensamente eventuali segnali alieni, cosa che sarà possibile nei prossimi decenni quando telescopi più sofisticati punteranno sulla panoplia degli esopianeti e cominceranno a intravederne le atmosfere.

“Stiamo entrando in un’epoca in cui avremo dati reali rilevanti per la vita su altri pianeti”, ha detto Frank. “Non poteva esserci un momento più rilevante di questo.”

Seth Shostak, un astronomo del SETI Institute che ha studiato il paradosso di Fermi per decenni, pensa che a spiegarlo possa essere da qualcosa di più complesso della distanza e del tempo, come la percezione.

Forse non siamo soli e non lo siamo stati. “I coleotteri nel mio giardino non si accorgono di essere circondati da esseri intelligenti, cioè i miei vicini e me – dice Shostak – ma siamo comunque qui.”


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato il 7 marzo 2019 da QuantaMagazine.org, una pubblicazione editoriale indipendente online promossa dalla Fondazione Simons per migliorare la comprensione pubblica della scienza.





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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

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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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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Fisica

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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