giovedì 29 settembre 2011

Riflessioni lente su cose veloci



Passata la sbornia e l'entusiasmo dell'annuncio, ecco che i neutrini più lenti del mondo arrivano su questa pagina con una settimana di ritardo.
I fisici probabilmente non sono più riusciti a dormire, non sappiamo se i risultati saranno in futuro validati o saranno smentiti; può darsi che la velocità osservata sia solamente una distorsione statistica (a sua volta complicata da spiegare: una voce scettica la trovate qui); può darsi che effettivamente ci troviamo di fronte al momento storico che sconvolge la fisica.
Non sappiamo se la teoria della Relatività (che pure, assicurano i fisici, finora ha funzionato piuttosto bene) avrà bisogno di un'estensione e revisione, o se dovremo proprio buttarla nel cestino definitivamente.

Della teoria della Relatività riesco appena appena a capire i fondamenti di partenza: posto che la velocità della luce nel vuoto è un limite fisico insuperabile, ne segue che: io sono fermo sul marciapiede della stazione, con una torcia elettrica; passa un treno a 1/2 della velocità della luce (si tratta della TAV Torino - Lione, ovviamente), ed il fascio di luce emesso dalla mia torcia ferma, e quello emesso dal fanale del treno in corsa viaggeranno alla stessa velocità. Inoltre, se nel corridoio del treno una lontana cugina di Usain Bolt corre verso le carrozze di testa a 1/2 della velocità della luce, io dal marciapiede la vedrò andare a una velocità intermedia tra quella del treno e quella della luce del fanale, con 1/2 + 1/2 della velocità della luce che mi risulteranno apparire come un pò meno di 1 velocità della luce; inoltre, se la vivace fanciulla, mentre corre, lancia in avanti una pallina a 1/2 della velocità della luce, questa, a 1/2 + 1/2 + 1/2, non volerà a 3/2 della velocità della luce, ma andrà comunque un pò più piano della luce del fanale. Di qui la necessità che non siano costanti lo spazio ed il tempo tra sistemi di riferimento in movimento fra di loro. Arrivo fin qui e non mi permetto di andare oltre: se mi chiedete di studiare le trasformazioni di Lorenz, vomito.
Ma tanto basta per appassionarsi alla materia, ed intuire il valore della scoperta di qualcosa che viaggi a una velocità superiore e le sue implicazioni teoriche.
Quanto ad un neutrino, se dovessi raccontare "com'è fatto", semplicemente non lo so. Dovrebbe essere, se ho letto dalla parte giusta, un prodotto della degradazione (ma non una parte) di un bosone W, il che ha spostato la mia ignoranza solo un gradino più in là. Il bosone W l'è sciupàa, ed è venuto fuori il neutrino. Questi i miei limiti, come si vede molto prossimi.

Dunque, da dove arriva tutto l'entusiasmo che abbiamo provato ed avvertito attorno a noi in questi giorni, tra persone digiune di fisica nucleare, e che si muovono nel nostro comune mondo di quasi fermi rispetto alla velocità della luce, e da quel limite siamo talmente lontani che se io ti lancio una pallina mentre vado in bicicletta, tu sul marciapiede la ricevi alla velocità del lancio + la velocità della bicicletta, e ci sentiamo tutti molto meglio ?

Perchè tutti friggiamo dall'eccitazione per una scoperta che non tocca affatto la nostra realtà quotidiana, e potrebbe sconvolgere una teoria del tempo e dello spazio che tanto quasi nessuno capisce ?

Per la sua intrinseca importanza rivoluzionaria, evidentemente: se i risultati saranno confermati, cade una certezza che ben pochi pensavano potesse essere messa in discussione. Credo che sia il valore storico dell' "istituzione", del "dogma" che viene abbattuto, ad avere attratto tanta gente ad interessarsi, almeno per qualche giorno, a discussioni scientifiche puramente teoriche. E penso che abbia contribuito l'approccio, inusuale ma a mio avviso piuttosto sano, alla divulgazione dei risultati che ha avuto l'equipe dei ricercatori: data l'importanza del fatto osservato, esporre i dati preliminari invitando i colleghi di tutto il mondo a discutere e proporre obiezioni e critiche.
Ed è da questo che viene il piacere di vedere un pubblico vasto che si interessa e discute di scienza: l'attrattiva della materia risiede appunto nel fatto che i dogmi non esistono, e tutte le certezze possono essere rimesse in gioco di fronte a nuovi fatti, e qualsiasi teoria consolidata può essere aggiornata o del tutto abbandonata se il progredire delle conoscenze acquisite lo richiede. E la nuova teoria sarà valida e riconosciuta da tutti finchè non sarà elaborata una ulteriore teoria che meglio si accorda con i fatti osservati. Non ci sono Sacre Scritture, ma solo regole su come procedere; se un "dogma" viene abbattuto, non si lanciano anatemi o scomuniche, ma si festeggia; e l'eresia, almeno nei casi migliori, è progresso.

Mentre i fisici teorici hanno già iniziato a brancolare in cerca di cornici interpretatve, può darsi che domani ci accorgeremo che tutto il clamore di questi giorni era nato da un dispetto degli strumenti di misura o da una malignità della statistica, e ci siamo entusiasmati per nulla: ne valeva la pena ? Comunque sì. Una platea vasta ha discusso di argomenti mai toccati prima, e il minimo che può essere capitato è che qualcuno si sia appassionato ad abbia imparato qualcosa che prima non conosceva.


E infine, sentire il ministro competente ("competente" è la battuta più spassosa di tutte) che si figura di avere fatto costruire un tunnel sotterraneo lungo 730 Km, e averlo pagato quanto un kilometro di TAV, è talmente divertente che valeva già da sè il prezzo del biglietto.

martedì 27 settembre 2011

Mama Miti



Diffamata, denigrata, arrestata, picchiata, boicottata e scacciata. Ma sempre coraggiosamente in prima linea in battaglie di respiro sempre più ampio.
Domenica ci siamo persi, a 71 anni, Mama Miti (= "la mamma degli alberi"), Wangari Maathai, Premio Nobel per la Pace 2004.

Quando Wangari stava completando le scuole medie superiori, sul finire degli anni '50, il Kenya era ormai avviato alla decolonizzazione (l'indipendenza arrivò solo nel 1963, al termine di un processo piuttosto soft di devoluzione di poteri ed autonomie), ed il leader indipendentista Tom Mboya era in cerca di mezzi per fornire borse di studio all'estero per gli studenti migliori, al fine di formare la futura classe dirigente del Paese. Il progetto trovò finanziamenti grazie all'appoggio di un promettente e ben introdotto senatore degli Stati Uniti, di nome John F. Kennedy; Wangari Maathai fu una dei 300 ragazzi kenyani che poterono studiare nelle Università americane.

Si laureò in Biologia a Pittsburgh e, tornata in Kenya, ottenne la cattedra di zoologia e veterinaria all'Università di Nairobi, e divenne una decina di anni dopo Direttore di Dipartimento, prima donna a raggiungere incarichi di tale prestigio nel suo Paese.
Ma nel frattempo, nel 1970, Tom Mboya era stato assassinato, ed i conflitti politici fornirono un ottimo spunto al presidente Kenyatta per abolire il multipartitismo e rendere il proprio KANU (Kenya African National Union) l'unica formazione legittimata a partecipare alle elezioni.

Tra studio accademico e partecipazione ai movimenti democratici per il miglioramento della condizione femminile, Wangari si rese conto ben presto che la tutela dell'ambiente era il punto di snodo tra la salvaguardia dell'economia rurale ed il progresso civile.
Lanciò il Green Belt Movement, la cintura verde, ossia un programma di riforestazione finalizzato ad arrestare l'inaridimento e l'impoverimento del suolo nelle aree sfruttate dall'agricoltura, contrastare la desertificazione avanzante e salvaguardare le risorse idriche. Il programma prevedeva il reperimento di semi ai margini delle foreste più vicine e l'allevamento degli alberelli in vivai locali, in modo da attuare il rimboschimento con le varietà proprie del luogo, ed era messo in atto dalle comunità rurali stesse, opportunamente istruite su come eseguire le operazioni, con le donne poste in primo piano nelle attività di raccolta dei semi e cura dei vivai, da cui ottenevano un piccolo stipendio.
Il successo della cintura verde permise alle comunità agricole di non doversi più spostare dai suoli troppo impoveriti dallo sfruttamento e bruciare nuovi appezzamenti di foresta in cerca di terre fertili, fermò l'inaridimento dei terreni sfruttati, e nello stesso tempo migliorò il ruolo sociale delle donne, molte delle quali divennero "guardaboschi non diplomate".
A partire dal 1986, il Green Belt è stato esteso ad altri 15 Stati africani sullo stesso modello introdotto dalla Maathai in Kenya, e le stime parlano di trenta - quaranta milioni di alberi piantati fino ad ora.

Ma attenzione e tutela per le condizioni sociali ed ambientali delle campagne implicano scelte democratiche nella gestione dei beni comuni (vi ricorda niente ? Avevamo votato anche noi qualche referenduccio...) ed esigenza di diritti civili garantiti: gli impulsi democratici del Green Belt Movement non lasciarono indifferente il partito unico KANU.

Nel 1982 il Presidente Daniel Arap Moi, che era anche Cancelliere dell'Università, riuscì con un cavillo a far perdere il posto alla Maathai. Nel 1988 venne reintrodotta una vecchia legge coloniale che stabiliva che riunioni di più di nove persone potevano svolgersi solo con un'autorizzazione scritta del Governo.

Fu l'inizio di una escalation di scontri, colpi bassi, proteste e repressioni. Certamente, le decine di lettere di protesta che Mama Miti scrisse nel 1989 ad organizzazioni di ogni livello, nazionali ed internazionali, per la devastazione del Parco Uhuru con un complesso celebrativo della Nazione, comprendente: la sede centrale del KANU, la sede del quotidiano Kenya Times, un centro direzionale con centinaia di uffici, gallerie di negozi, centri commerciali, un auditorium, un parcheggio per 2000 automobili e, come pralina di buon gusto, una statua dello stesso Arap Moi, che trovava il tutto "architettonicamente molto bello", non rasserenarono i rapporti tra il potere e il movimento ambientalista. Fu revocata l'assegnazione della sede del Green Belt Movement e la Maathai dovette ospitare gli uffici a casa sua.
Man mano che Mama Miti raccoglieva premi e riconoscimenti a livello internazionale per la sue attività, gli attacchi personali e le diffamazioni diventavano sempre più intensi e frequenti.
Nel 1992, con l'avvicinarsi delle prime elezioni formalmente multipartitiche, ma con tutti i mezzi di informazione nelle mani del Governo (vi ricorda niente ?), tutti i principali esponenti dell'opposizione democratica vennero arrestati pretestuosamente. La Maathai fu rilasciata su cauzione, e poi riarrestata e picchiata dalla polizia durante una protesta per la liberazione degli altri prigionieri politici.

Nel 1998 il Governo del Kenya lanciò un programma di privatizzazioni di aree forestali a Karura a favore di propri sostenitori politici (vi ricorda niente ?). Oltre al Green Belt Movement si mobiltarono ambientalisti da diverse parti del mondo. Il tentativo di piantare un albero per protesta in un'area di parco destinata alla costruzione di un campo da golf innescò un copione che conosciamo piuttosto bene: sorveglianti non ben identificati, ma ben tutelati, che pestano gli ambientalisti che protestano, e successivo intervento della polizia ad arrestare i pestati. Ancora vaste proteste e scioperi in tutto il Paese (ed anche una certa pressione internazionale) finchè il Governo ritirò il piano di privatizzazione.
Piano di privatizzazioni clientelari che ripartì nel 2001 in altre zone del Kenya; nuove proteste, raccolte di firme, petizioni e Wangari potè aggiungere, nel giro di pochi mesi, due nuovi arresti alla sua collezione.
Nelle elezioni del 2002, le opposizioni democratiche finalmente unite nella Coalizione Arcobaleno riuscirono infine a battere il KANU, e Wangari Maathai fu eletta in Parlamento ottenendo, nel proprio collegio, l'inezia del 98 % di preferenze.

L' 8 ottobre 2004 ricevette una telefonata dall'ambasciatore della Norvegia a Nairobi, che la pregava di tenere la linea libera in attesa di una chiamata da Oslo. Era la prima volta che una telefonata di questo tipo domandeva se era in casa una donna africana.


"Maathai è rimasta coraggiosamente ferma contro il precedente regime oppressivo in Kenya. Le sue forme di attivismo uniche hanno contribuito a portare l'attenzione sull'oppressione politica, a livello nazionale ed internazionale. Ella è servita da ispirazione per molti nella lotta per i diritti democratici ed ha specialmente incoraggiato le donne a migliorare la propria situazione."
Comitato Nobel di Norvegia, dichiarazione di annuncio del vincitore del premio Nobel per la Pace 2004.


"Quando cominci a lavorare seriamente per la causa ambientalista ti si propongono molte altre questioni: diritti umani, diritti delle donne, diritti dei bambini… e allora non puoi più pensare solo a piantare alberi".

giovedì 8 settembre 2011

Nanotecnologie dal Mesozoico


Gli adesivi che noi umani siamo abituati ad usare sono o forti, e difficili da staccare (chiunque abbia malaccortamente fissato oggetti con nastro adesivo da pacchi applicato direttamente sulla loro superficie, ad esempio durante un trasloco, continuerà a vederne le conseguenze per tutta la vita); o facili da rimuovere, ma deboli (come i post-it). Inoltre, mentre le caratteristiche positive sono alternative, quelle negative sono cumulabili: i cerotti che non tengono non mancano di esercitare ugualmente la loro lacrimevole vendetta sui nostri peli superflui quando vengono rimossi.
Si attaccano a se stessi: dopo aver tagliato un pezzo di nastro adesivo esattamente della misura giusta, farlo accidentalmente ripiegare su di sè è una disgrazia forse non gravissima, ma sicuramente irrimediabile. I migliori nastri adesivi, inoltre, manifestano le loro preferenze per incollarsi a polvere, segatura e quant'altro possa renderli inservibili. E riattaccare un nastro adesivo una volta staccato è plausibile quanto godersi la solitudine in spiaggia la settimana di ferragosto.

Tuttavia, esiste qualcosa che da 100 milioni di anni, quando gli antenati dei nostri fabbricanti di collanti erano ancora esseri simili a ratti che conducevano una timida vita notturna frugale e molto riservata, è in grado di attaccarsi con forza a qualsiasi tipo di superficie, e staccarsene facilmente per tornare a riattaccarsi con la stessa efficienza un passo più avanti, e così via all'infinito.
Inoltre, non si appiccica accidentalmente dove non deve, e se si sporca su una superficie polverulenta, mantiene ugualmente gran parte della sua adesività, e in più si ripulisce da sè nel giro di pochi altri cicli di adesione-distacco su un substrato pulito.

A causa della semplicità quasi irridente con cui questi animali possono andarsene a spasso su pareti verticali e soffitti, il piede del geco è una struttura che ha incuriosito l'umanità da sempre, per la sua capacità di aderire solidamente a qualsiasi superficie, potendo però staccarsene con facilità sufficiente per consentire una corsa a un metro al secondo o anche più.
Il comune geco mediterraneo che vedete in alto l'ho fotografato in condizioni di tutto comodo: su carta da parati in parete verticale, fin troppo facile. Aveva preso alloggio all'interno della cupolina capovolta che copre gli attacchi dei fili del lampadario, la quale non aderisce perfettamente al soffitto. Per qualche giorno ha abitato lì dentro, e dava il meglio di sè la sera andandosene in giro per il soffitto in caccia di zanzare ed altri insetti. Poi, finito il campeggio indoor, ha deciso di tornare a vivere all'aperto.


E questi simpatici animaletti devono divertirsi un mondo a guardare noi terricoli sottosopra, perchè sembra che abbiano sdegnosamente rifiutato sostanziali cambiamenti evolutivi da 100 milioni di anni, epoca alla quale risale il fossile più antico, ritrovato in Myanmar e molto simile alle specie attuali. Sopravvissuta alla grande estinzione di massa che ha spazzato via oltre il 90 % delle specie viventi 65 milioni di anni fa, compresa la gran parte dei rettili allora dominanti, la famiglia dei Geconidi oggi comprende circa 2000 specie distribuite nei climi caldi in tutto il mondo. A differenza di quasi tutti gli altri rettili, sono prevalentemente di abitudini notturne.

Negli ultimi due secoli si sono discusse e avvicendate un pò tutte le ipotesi possibili per spiegare questa straordinaria capacità di arrampicarsi sugli specchi in senso letterale: produzione di sostanze collose, funzionamento delle dita come ventose, tensione superficiale dell'acqua, elettricità statica, forze capillari, forze di Van der Waals, ed altro ancora.
Haas, nel 1900, fu il primo ad osservare che l'adesione delle dita del geco era dipendente dal carico, e si manifestava per una sola direzione di forza applicata: lungo l'asse del dito, prossimalmente (cioè dalla periferia verso il centro del corpo), ma questo ancora non bastava a discriminare fra i diversi possibili meccanismi.
A partire dagli anni '70 quasi tutte le ipotesi sono state smentite man mano che nuove osservazioni si accumulavano. Oggi sappiamo che le lamelle parallele che i gechi possiedono sotto le dita alloggiano fitte file di sottilissimi filamenti, chiamati setae, lunghi circa 0,1 mm (il che fa naufragare l'dea della ventosa, che non potrebbe certo funzionare con tutti quei peli in mezzo), e sottili 4-5 micron (per dare un'idea: un capello è spesso 50-80 micron), che si ramificano verso l'estremità, e terminano in una ulteriore ramificazione arborescente e sottilissima, di forma più o meno triangolare, chiamata spatola. Le sete sono di cheratina, la proteina della pelle di cui sono fatti anche capelli ed unghie (e, nel caso dei rettili, squame): niente di particolarmente sofisticato. Il trucco sta nel numero: siamo nell'ordine delle decine di migliaia per millimetro quadrato; 1-2 milioni di sete per piede.
Nella figura in bianco e nero, in C si vedono le fitte file di sete, con le spatole che appaiono come palette piatte; in D la singola seta, con la spatola che risulta essere in realtà una fitta ramificazione terminale. Quando il piede è sollevato e scarico, i filamenti in D sono orientati approssimativamente così rispetto ad una superficie di appoggio corrispondente al bordo sinistro della figura (la figura F non c'entra nulla: rappresenta un primo tentativo, da parte di chimici frustrati, di produzione sintetica di un adesivo geco-simile, con risultati, a quanto si dice, così così).


Al geco basta appoggiare il piede per schiacciare le sete sulla superficie, e poi tirare leggermente verso di sè: in questo modo mette in tensione le sete ed allinea le spatole tutte nella stessa direzione, strisciandole sulla superficie di appoggio: i milioni di filamenti sottilissimi sviluppano un attrito enorme.
Ma non è solo frizione la forza che sostiene l'animale nelle sue passeggiate capovolte, c'è una vera e propria adesione.
Una volta escluso che la tensione superficiale dell'acqua abbia un ruolo (l'efficacia delle sete è indipendente sia dall'umidità ambientale sia dalla natura idrofila o idrofoba della superficie), di tutte le ipotesi discusse, quella che rimane in piedi oggi è quella delle forze di Van Der Waals come base fisica dell'adesione. Si tratta di forze di attrazione molto deboli, più o meno indipendenti dalle caratteristiche chimiche delle molecole ma uniformi per tutta la loro lunghezza, che diventano quindi rilevanti solo per molecole di grandi dimensioni con una geometria sufficientemente regolare da permettere un appaiamento stretto per una lunghezza sufficientemente estesa (1). Quindi, anche la banale cheratina, opportunamente distesa e stirata, può esercitare l'inconsueto ruolo di collante.

E poichè la forza di attrazione è unitariamente debole, e dipende dalla geometria più che dalla chimica, ecco che anche il distacco diventa facilissimo: al geco basta spostare il piede distalmente (cioè allontanarlo da sè) per alterare l'allineamento delle sete e sollevarlo senza fatica: una volta che le sete formano un angolo di 30° con il substrato, anche le sottili ramificazioni delle spatole perdono contatto. Tutta la fase di distacco del piede dalla superficie di appoggio richiede circa 15 millisecondi.
E si può spiegare anche come polvere e sporco, tendendo probabilmente a "rotolare" e a perdere facilmente la posizione di appaiamento, abbiano poca tendenza a rimanere attaccati alle spatole, e vengano facilmente persi, lasciando il piede sempre pulito.

Di potenziale adesivo ce n'è largamente in avanzo, dato che, in funzione della rugosità delle superfici, non tutte le sete potranno essere disposte in modo corretto ad ogni appoggio del piede; ma se 6-7 milioni di sete (un numero normalissimo per un geco tokay, la specie più studiata) riuscissero tutte ad orientarsi in modo ottimale, i quattro piedi del geco potrebbero sostenere oltre 130 Kg (!) su una parete verticale.

L'ultimo aggiornamento alle conoscenze su questi rettili autoadesivi è stato pubblicato un paio di settimane fa: si è scoperto che i gechi lasciano in realtà delle tenuissime impronte; ed i chimici, che sono ormai in grado di analizzare quantità incredibilmente piccole di qualsiasi cosa, hanno trovato che si tratta di residui di fosfolipidi, cioè di sostanze grasse. E' molto poco plausibile che la loro tensione superficiale possa esercitare un ruolo nell'adesione, dato che è molto più bassa di quella dell'acqua; trattandosi di molecole lunghe e con tendenza a disporsi allineate, è invece molto probabile che esaltino il ruolo delle forze di Van Der Waals.

La beffa per i nostri adesivologi umani è che le forze di Van Der Waals sono alla base anche di tutti i collanti sensibili alla pressione, quali appunto scotch, cerotti, nastri adesivi, ecc: si tratta di polimeri viscosi le cui lunghe molecole vengono schiacciate sulla superficie di destinazione con una leggera pressione. Ma lo fanno disponendosi a caso in tutte le direzioni: quello che ai nostri inventori è mancato e i rettili hanno avuto in dono dall'evoluzione è stata l'idea della "colla anisotropa", che cioè funziona sotto tensione in una direzione specifica. Ed è questo che, nonostante la grande efficienza dell'adesione, rende facile il distacco esercitando una forza molto piccola nella direzione contraria.
Ed è sempre da questo elementare segreto che derivano anche gli altri vantaggi collaterali: l'adesivissimo piede del geco non è affatto adesivo a riposo, e lo diventa solo quando viene appoggiato e tirato su qualcosa; difficilmente può quindi attaccarsi accidentalmente in modo indesiderato; ed inoltre non si attacca a se stesso; se il geco avesse apprezzato questo post, potrebbe benissimo applaudirlo senza alcun rischio di rimanere con le manine attaccate.

(1): Kellar Autumn and Nick Gravish
Gecko adhesion: evolutionary nanotechnology
Philosophical Transactions of The Royal Society A, 2008, vol. 366, pag. 1575-1590.

venerdì 2 settembre 2011

Facciamo che prendiamo 4 miliardi agli evasori


Il villaggio gallico crea mode e tendenze, e viene sicuramente letto in ambienti insospettabili. Dopo il mio ultimo post, devo constatare, con divertito orgoglio, che persino il Governo, per mettere a punto la manovra economica che dovrebbe risanare il bilanco dello Stato, ha deciso di adottare il sistema del 'Facciamo'.