Un caffè col fisico

Coffee Break with… Christopher Nolan

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Benvenuti alla consueta pausa caffè del lunedì, oggi ci piazziamo in un bel bar lungo il lago di Ginevra per discutere dell’ultima creazione di Christopher Nolan, Interstellar.

Discutere implica anche svelare parti del film, dunque se non l’avete ancora visto, vi consiglio di andare a vederlo e POI leggere questo articolo, insomma [SPOILER ALERT].

Si è parlato molto di questo film nelle ultime settimane sia tra scienziati, dediti all’analisi minuziosa delle inaccuratezze scientifiche del film (ma con cautela, poi vi spiego perché), sia tra non-scienziati, che si chiedono giustamente quanto sia fantascienza e quanto sia scienza.

Non sono certo il primo a fare un’analisi di alcuni aspetti del film, in particolare potete trovare alcuni link in fondo all’articolo per approfondire la questione.

Un punto di vista interessante è sicuramente quello del fisico delle particelle Marco Delmastro, il cui blog “Borgorigmi di un fisico renitente” è tutto da leggere, ve lo raccomando.

Insomma, non pretendo di dire nulla di nuovo.

Quello che voglio fare, spinto da diversi commenti che ho sentito da gente che non ha molta familiarità con la relatività generale e connessi, è sfatare il mito che “il film è bello, ma è tutta fantascienza, o gran parte”.

E lo voglio fare per ribadire un concetto che ho espresso in diversi altri articoli: la realtà è spesso molto più “fantasiosa” della fantascienza. Sembra un controsenso, ma avete capito il concetto, no?

Diverse scoperte del ventesimo (e speriamo del ventunesimo) secolo sono vere e proprie rivoluzioni del nostro modo di concepire la realtà del mondo, o meglio dell’Universo, in cui viviamo e ciò che mi è piaciuto di Interstellar è proprio il fatto che dia uno scorcio di tali scoperte così impensabili che sembrano fantascienza, ma che in realtà non lo sono affatto.

Bene, basta chiacchere, passiamo ai fatti.

Fatto: Kip Thorne ha curato la parte scientifica ed è produttore esecutivo della pellicola.

L’amico Kip è quello che si definisce uno dei boss nel settore della relatività generale, con più di 150 pubblicazioni e più di 12000 citazioni.

Insomma, non uno da niente.

Arrivato a una certa età, una cattedra al CalTech e una miriade di studenti e scienziati a collaborare con lui, ha deciso che era arrivata l’ora di divertirsi un po’ (e farsi pubblicità per fondi di ricerca, senza dubbio) e si è imbarcato nel mondo del cinema, iniziando a collaborare con Christopher (e Jonathan) Nolan.

Inutile dire quindi che tra gli scienziati, almeno quelli giovani, come me, c’è una certa cautela nel criticare parti del film, semplicemente perché la probabilità che lui ne sappia di più è decisamente alta.

Fatto: Il tempo passa più lentamente in presenza di campi gravitazionali intensi o equivalentemente in regioni particolarmente incurvate dello spazio-tempo.

Le differenze di età e di dilatazione dei tempi sperimentati dai personaggi del film sono dunque plausibili.

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Questo effetto è diverso da quello che spiegavo nell’articolo sul paradosso dei gemelli, che ha invece a che fare con la velocità di relativa tra osservatori in sistemi di riferimento inerziali. In questo caso, a meno di non violare l’inerzialità del sistema (come nel paradosso), la dilatazione temporale è reciproca.

Nel caso in questione l’effetto non è reciproco, ma sostanzialmente “assoluto”: l’intensità di un campo gravitazionale è una quantità ben definita e misurabile, dunque possiamo quantificare univocamente la dilatazione temporale sperimentata da ciascun osservatore.

Sebbene molto piccolo, l’effetto è misurabile anche sulla Terra dove, usando le parole del prof. Carlo Rovelli in un TED-Talk, “il tempo scorre più velocemente in alto che in basso”.

Alto e basso sulla Terra descrivono la lontananza o vicinanza al centro della Terra, dove il suo campo gravitazionale è massimo.

In parole povere gli orologi che abbiamo al secondo piano di casa nostra vanno più veloci di quelli al piano terra, quindi sarebbe sempre meglio fare i compiti nella vostra cameretta invece che in cucina, così quando scendete avete più tempo per giocare.

Ne è dimostrazione il sistema GPS che permette ai nostri navigatori satellitari di funzionare: siccome essi ricevono segnali, appunto, da satelliti che orbitano attorno alla Terra e il loro tempo scorre più velocemente che sulla crosta terrestre, se non tenessero conto di questa differenza nell’arco di una giornata arriverebbero a sbagliare di qualche chilometro!

La spiegazione fisica di tale effetto richiede un’attenzione specifica perché molto interessante, quindi gli dedicherò una pausa caffè a parte, non ve la perdete!

Fatto: Un buco nero rotante supermassiccio con un disco d’accrescimento dovrebbe avere un aspetto molto simile a quello del film

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Tali immagini sono infatti frutto di alcune simulazioni a computer effettuate da Kip Thorne e collaboratori, questo articolo (sopratutto il video all’interno) vi spiega un po’ il “making of”.

Per aprire una breve parentesi: le simulazioni avrebbero richiesto tempi molto più lunghi nell’ambito di un normale progetto scientifico universitario, avendo a disposizione fondi ben più limitati rispetto a quelli destinati a un film da sold out al box office, chiusa parentesi.

La fisica interessante di queste immagini è legata al lensing gravitazionale, vi ricordate l’articolo relativo a questo argomento che ho scritto tempo fa? Come vi dicevo, la gravità è in grado di curvare la traiettoria della luce.

Infatti, un normale disco di accrescimento è pressochè bidimensionale, cioè qualcosa di simile agli anelli di saturno: un disco di materia (proveniente in genere da una stella) che circonda la sfera, in questo caso costituita dal buco nero. La materia cade gradualmente nel buco nero perché attratta in maniera molto intensa verso il centro del buco nero.

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Si può mostrare con un paio di equazioni che per questioni di simmetria il disco che si forma è, appunto, un disco e non una sfera concentrica, ma lasciamo questo conto ad altri caffè.

Nel film non si vede nessuna stella vicino al buco nero (anche se mi sembra che a un certo punto si parli di una stella a neutroni), quindi possiamo presumere che il processo di sgretolamento sia allo stadio più avanzato.

Se il disco è bidimensionale, perché vediamo la luce tutto attorno al buco nero? Non dovremmo vedere qualcosa di simile, appunto, agli anelli di Saturno o alla figura qui sopra?

Questa è la cosa molto interessante: il lensing gravitazionale è così potente che la luce del disco fa il giro più e più volte attorno alla superficie tridimensionale del buco nero arrivando a noi da tutte le direzioni, come in figura

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Ecco, così capite perché mi sono dato alla scienza e non all’arte. Un’illustrazione di qualità decisamente superiore è nel video del making of di cui dicevo sopra.

Fatto: Non ci sono suoni nello spazio.

Sembra una cosa banalissima, eppure non sempre è così elementare e sopratutto eliminare tutti i suoni nello spazio in un film è potenzialmente pericoloso dal punto di vista dello spettacolo, eppure Nolan riesce a gestirlo in maniera magistrale.

Per esempio, la scena in cui il Dr. Mann (Matt Damon) tenta di attraccare l’Endurance fallendo miseramente perché la cabina non è correttamente depressurizzata è quasi interamente senza audio, colonna sonora a parte.

Dunque, perché non c’è suono nello spazio?

Molto semplice: il suono è un’onda di pressione e come tale ha bisogno di un mezzo per propagarsi, nel caso terrestre il mezzo attraverso il quale riceviamo maggior parte dei suoni è l’aria.

Nello spazio vuoto, per definizione, non c’è aria, né acqua, né (quasi) niente, quindi niente suono!

Facciamo un esempio equivalente, ma un po’ più legato all’esperienza odierna (non tutti hanno il privilegio di farci un giretto nello spazio vuoto).

Prendiamo una bacinella e riempiamola d’acqua. Se diamo un colpo deciso al bordo della bacinella, vediamo formarsi delle increspature sull’acqua che in poco tempo raggiungono il bordo opposto della bacinella.

Ora prendiamo una bacinella vuota e diamo un colpo nello stesso punto di prima. Pare ovvio che non vi sia nessuna onda d’acqua che arriva dall’altro lato semplicemente perché…non c’è acqua!

Lo stesso succede nel caso del suono.

Le vibrazioni che partono dagli oggetti che vengono sollecitati in qualche modo, per esempio una sbarra che colpisce una ringhiera di ferro, agitano l’aria circostante e formano delle onde di pressione in essa che si propagano fino al nostro orecchio, che le trasforma in  “suono della sbarra”.

Nel momento in cui rimuoviamo l’aria, non sentiamo più niente!

Ci sono ovviamente altri fatti, ma mi rendo conto che si è fatto tardi ed è ora di tornare al lavoro.

Ci vediamo alla prossima con le dilatazioni temporali!

Alcuni approfondimenti: Link 1, Link 2

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