Sulla Stazione Spaziale Internazionale sta succedendo qualcosa di davvero straordinario. Il Cold Atom Lab della NASA, appena potenziato con un nuovo aggiornamento, è tornato operativo e sta producendo una delle forme di materia più bizzarre che la fisica conosca. Parliamo di atomi raffreddati a temperature vicine allo zero assoluto, che in quelle condizioni estreme smettono di comportarsi come particelle e iniziano a fare cose francamente assurde: si sovrappongono, si attraversano, diventano onde. Roba che nella vita quotidiana non ha il minimo senso, eppure è reale.

Il Cold Atom Lab ha le dimensioni di un piccolo frigorifero ed è controllato da Terra, dal Jet Propulsion Laboratory della NASA in California. Al suo interno, atomi di rubidio o potassio vengono prima riscaldati fino a 400 gradi centigradi per creare un gas, e poi raffreddati grazie a laser calibrati con estrema precisione. Il risultato? Temperature che scendono sotto i meno 273 gradi Celsius. A quel punto gli atomi si fondono in uno stato della materia chiamato condensato di Bose-Einstein, considerato il quinto stato della materia dopo solidi, liquidi, gas e plasma. Una specie di super onda quantistica, molto più grande di un singolo atomo, ma che obbedisce ancora alle leggi del mondo subatomico.

Perché fare questi esperimenti nello spazio

La domanda è legittima: perché non farlo sulla Terra? La risposta sta nella microgravità. Nello spazio, le onde di materia quantistica possono espandersi molto più di quanto sia possibile nei laboratori terrestri. Possono essere osservate più a lungo, raffreddate a temperature ancora più basse e lasciate interagire con la gravità in modi impossibili da replicare quaggiù. Gli ingegneri hanno compresso quello che normalmente sarebbe un laboratorio di fisica atomica grande quanto una stanza in un sistema compatto che entra in un rack della stazione.

Jason Williams, scienziato del progetto al JPL, ha spiegato che alle temperature più fredde la materia si comporta in modo radicalmente diverso da qualsiasi cosa conosciamo nella vita di tutti i giorni. La natura ondulatoria prende il sopravvento e permette misurazioni di una precisione incredibile su tempo, gravità e movimento. Con l’ultimo aggiornamento, il Cold Atom Lab ha guadagnato strumenti ancora più potenti per esplorare la natura dell’universo.

Il nuovo aggiornamento e le prospettive future

L’upgrade più recente è arrivato sulla stazione l’11 aprile 2026 ed è il quarto importante potenziamento dal 2018, anno in cui il Cold Atom Lab è stato installato. Tra le novità più rilevanti c’è una trappola magnetica ridisegnata, capace di modificare la forma delle nuvole di gas quantistico, aprendo scenari di ricerca completamente nuovi. Sono state introdotte anche sorgenti metalliche riprogettate per generare le nuvole di atomi utilizzate negli esperimenti.

Attualmente cinque team di ricerca internazionali stanno usando il laboratorio per studiare la fisica fondamentale. Ma la posta in gioco va oltre la scienza pura. Questo laboratorio orbitante è anche un banco di prova per strumenti quantistici che un giorno potrebbero servire per missioni di esplorazione spaziale, navigazione di precisione e persino per il monitoraggio gravitazionale della Terra e della Luna. Ethan Elliott, vice scienziato del progetto, ha parlato di una vera e propria rivoluzione quantistica 2.0: se la prima ha portato ai laser, ai cellulari e alle risonanze magnetiche, questa seconda fase potrebbe generare progressi tecnologici altrettanto trasformativi. Il fatto che tutto questo avvenga in orbita, dentro una scatola grande quanto un frigorifero, rende il tutto ancora più impressionante.

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Una nuova teoria chiamata memoria cosmica sta facendo discutere la comunità scientifica internazionale. L’idea, sviluppata da un gruppo di ricercatori dell’Università di Leida, parte da un presupposto tanto semplice quanto rivoluzionario: l’universo non si limita a evolversi, ma registra tutto ciò che accade. Ogni evento, ogni interazione tra particelle, ogni forza che attraversa lo spaziotempo lascerebbe una traccia permanente, un’impronta quantistica conservata nel tessuto stesso della realtà. Se confermata, questa intuizione potrebbe aiutare a risolvere alcuni dei misteri più ostinati della fisica contemporanea, dalla materia oscura all’energia oscura, passando per i buchi neri.

Il framework si chiama quantum memory matrix (QMM) e poggia su un’idea ben precisa: lo spaziotempo non è liscio e continuo come ci piace immaginarlo, ma composto da minuscole “celle” discrete, ognuna capace di immagazzinare informazioni quantistiche. Ogni volta che una particella attraversa una di queste celle, o che una forza vi agisce, lo stato quantistico locale cambia leggermente. L’universo, in pratica, funzionerebbe come un gigantesco archivio cosmico.

Dal paradosso dei buchi neri alla materia oscura

Il punto di partenza è stato il famoso paradosso dell’informazione dei buchi neri. Secondo la relatività generale, tutto ciò che cade in un buco nero sparisce per sempre. Secondo la meccanica quantistica, invece, l’informazione non può essere distrutta. Un bel problema. La memoria cosmica offre una via d’uscita elegante: mentre la materia precipita nel buco nero, le celle di spaziotempo circostanti ne registrano l’impronta. Quando il buco nero evapora, quell’informazione non è perduta. Era già stata scritta nella memoria dello spaziotempo.

Ma la cosa davvero interessante è che il modello non si ferma alla gravità. I ricercatori hanno esteso il framework anche alle forze nucleari forte e debole, e persino all’elettromagnetismo. Tutto lascia tracce. E qui arrivano le conseguenze più spettacolari: gli ammassi di impronte quantistiche, secondo i calcoli, si comportano esattamente come la materia oscura. Si aggregano sotto l’effetto della gravità e spiegano il moto anomalo delle galassie senza bisogno di postulare particelle esotiche mai osservate. Quanto all’energia oscura, quando le celle di spaziotempo raggiungono la saturazione informativa, generano un’energia residua che ha la stessa forma matematica della costante cosmologica, quella forza misteriosa che sta accelerando l’espansione dell’universo.

Un universo ciclico e le prime verifiche sperimentali

Se lo spaziotempo ha una memoria finita, cosa succede quando si riempie del tutto? Secondo l’ultimo studio del gruppo, accettato per la pubblicazione sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, la risposta è un universo ciclico. Ogni ciclo di espansione e contrazione deposita entropia nel registro cosmico. Quando la capacità informativa viene raggiunta, l’universo non collassa in una singolarità ma “rimbalza”, dando il via a un nuovo ciclo. I calcoli suggeriscono che siamo già al terzo o quarto ciclo, con meno di dieci ancora da percorrere. L’età informativa reale del cosmo sarebbe quindi di circa 62 miliardi di anni, non i 13,8 miliardi del ciclo attuale.

E non si tratta solo di speculazione teorica. Parti del modello QMM sono già state testate su computer quantistici reali, trattando i qubit come piccole celle di spaziotempo. I protocolli di impronta e recupero hanno restituito gli stati quantistici originali con un’accuratezza superiore al 90%. Un risultato che, oltre a validare parzialmente la teoria, potrebbe avere ricadute pratiche nella riduzione degli errori logici dei computer quantistici. Che la memoria cosmica si riveli la risposta definitiva o solo un tassello del puzzle, una cosa è certa: l’idea che l’universo sia anche memoria, e che ogni istante della storia cosmica sia ancora scritto da qualche parte, è una di quelle possibilità che cambiano il modo di guardare tutto quanto.

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Gli stormi di uccelli hanno sempre affascinato scienziati e curiosi, ma ora un gruppo di fisici ha trovato il modo di spiegare qualcosa che sembrava impossibile: come fanno questi sistemi collettivi a “violare” la terza legge di Newton? La risposta arriva da Dresda e coinvolge un’idea tanto elegante quanto sorprendente, quella di creare partner immaginari per ogni elemento del sistema.

Partiamo da un fatto semplice. Quando un uccello vola in uno stormo, presta attenzione solo a chi gli sta accanto o davanti. Non si cura di chi vola dietro. Questo comportamento crea un problema teorico enorme, perché la terza legge di Newton dice che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. È il principio che permette di correre (i piedi spingono il terreno, il terreno spinge indietro), di remare, di far volare un palloncino quando l’aria esce dalla sua apertura. Per oltre 300 anni, questo principio è stato uno dei pilastri della fisica classica. Ma gli stormi di uccelli, gli sciami di batteri, le folle di persone e persino i gruppi di cellule nei tessuti viventi sembrano raccontare una storia diversa. In questi sistemi, le interazioni non reciproche fanno sì che azione e reazione non siano più bilanciate.

L’uccello immaginario che risolve tutto

Il team guidato da Marín Bukov e Roderich Moessner, nell’ambito del Cluster di Eccellenza ct.qmat di Dresda, ha sviluppato una teoria che permette di descrivere e simulare con precisione questi sistemi apparentemente ribelli. Il trucco è tanto geniale quanto controintuitivo: per ogni componente reale del sistema viene costruito un partner fittizio, una sorta di variabile matematica che non esiste in natura ma che trasforma le interazioni a senso unico in qualcosa di analizzabile con gli strumenti tradizionali.

Nel caso pratico degli stormi di uccelli, funziona così: davanti a ogni uccello reale viene collocato un uccello immaginario, orientato nella direzione opposta. Questo espediente matematico consente di trattare il sistema come se fosse reciproco, anche quando non lo è affatto. Come spiega il biofisico Ricard Alert, le interazioni non reciproche originali vengono sostituite da interazioni reciproche con questi gradi di libertà ausiliari.

La cosa notevole è che usare variabili ausiliarie non è una novità in fisica. La vera innovazione sta nell’applicarle ai sistemi con interazioni non reciproche, aprendo la porta a simulazioni molto più accurate di fenomeni biologici complessi, dal comportamento delle folle al movimento collettivo degli animali.

Verso nuove frontiere della fisica quantistica

I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Physics nel giugno 2026, non si limitano a risolvere un problema teorico annoso. Aprono scenari del tutto nuovi. Moessner, direttore dell’Istituto Max Planck per la Fisica dei Sistemi Complessi, ha sottolineato come la domanda più eccitante riguardi ora la materia quantistica: queste eccezioni alla terza legge di Newton potrebbero dare origine a forme completamente inedite di comportamento quantistico collettivo? È un territorio in gran parte inesplorato.

Quello che fino a ieri sembrava un paradosso, uno stormo che sfida le leggi della fisica, oggi diventa una chiave per comprendere fenomeni che vanno ben oltre il volo degli uccelli. E la cosa più affascinante, come spesso accade nella scienza, è che la soluzione era nascosta in qualcosa che non esiste: un uccello che nessuno potrà mai vedere.

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Sepolto a 700 metri sotto la superficie terrestre nella Cina meridionale, il gigantesco osservatorio JUNO ha appena consegnato alla comunità scientifica il suo primo risultato di peso. E che risultato. Con appena 59 giorni di dati raccolti tra agosto e novembre 2025, la collaborazione internazionale guidata dall’Istituto di Fisica delle Alte Energie dell’Accademia Cinese delle Scienze ha ottenuto misurazioni dei parametri di oscillazione dei neutrini talmente precise da migliorare di un fattore 1,6 tutto quello che decenni di esperimenti precedenti erano riusciti a produrre messi insieme. Il 10 giugno 2026, la rivista Nature ha pubblicato questi risultati come articolo di copertina, sancendo l’ingresso ufficiale di JUNO nell’élite della fisica delle particelle.

Ma perché tanto entusiasmo per delle particelle che, diciamolo, la stragrande maggioranza delle persone non ha mai sentito nominare? I neutrini sono tra gli oggetti più sfuggenti dell’universo conosciuto. Non hanno carica elettrica, possiedono una massa quasi impercettibile e interagiscono con la materia in modo talmente debole che miliardi di essi attraversano il corpo umano ogni secondo senza lasciare la minima traccia. Proprio questa loro natura elusiva li rende fondamentali per capire come funziona la materia a livello più profondo. E soprattutto, c’è una domanda che tiene svegli i fisici teorici da anni: qual è la vera gerarchia di massa dei neutrini? È esattamente questa la sfida principale che l’osservatorio JUNO è stato costruito per affrontare.

Un rivelatore colossale progettato per catturare l’invisibile

Al cuore dell’esperimento c’è un rivelatore a scintillatore liquido con una massa effettiva di 20.000 tonnellate, immerso in una piscina d’acqua profonda 44 metri. Una struttura in acciaio inossidabile dal diametro di oltre 41 metri sostiene una sfera in acrilico di 35,4 metri, al cui interno lavorano in sincrono 20.000 fotomoltiplicatori da 20 pollici e 25.600 da 3 pollici. Quando un neutrino interagisce con lo scintillatore, produce un lampo di luce debolissimo. I fotomoltiplicatori catturano quel lampo e lo convertono in segnali elettrici analizzabili dai ricercatori. È attraverso la misurazione precisa dell’energia di queste interazioni che JUNO riesce a determinare i parametri chiave delle oscillazioni dei neutrini.

Il revisore della pubblicazione su Nature non ha usato mezzi termini: questi risultati «stabiliscono JUNO come protagonista nell’era della precisione nella fisica delle oscillazioni dei neutrini». Anche il commento apparso nella sezione News & Views della stessa rivista sottolinea come questa prima analisi rafforzi la fiducia nella capacità del rivelatore di determinare l’ordinamento di massa. Arthur McDonald, premio Nobel per la Fisica nel 2015, ha confermato che l’esperimento ha raggiunto i suoi obiettivi progettuali in termini di radiopurezza, risoluzione energetica e stabilità.

Cosa aspettarsi nei prossimi mesi

L’osservatorio JUNO funziona ormai senza interruzioni da nove mesi. Oltre all’obiettivo primario sulla gerarchia di massa, l’esperimento punta a misurare tre dei sei parametri di mescolamento dei neutrini con una precisione inferiore all’1%, e a studiare neutrini provenienti da supernove, dall’interno della Terra, dal Sole e dall’atmosfera. I ricercatori prevedono di rilasciare una serie di nuovi risultati scientifici a partire da questa estate. Se il primo assaggio è stato così promettente, c’è motivo di pensare che le prossime scoperte dell’osservatorio JUNO possano riscrivere qualche pagina dei manuali di fisica delle particelle.

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Cosa succede quando si prova a spezzare una particella fondamentale di luce? La risposta, secondo un nuovo modello matematico, è tanto semplice quanto sconcertante: dal tentativo di separare un fotone non si otterrebbero due mezzi fotoni, ma nuovi fotoni che emergono letteralmente dal vuoto. Un risultato che sembra uscito da un romanzo di fantascienza, eppure poggia su basi fisiche solide e su calcoli che diversi gruppi di ricerca stanno già analizzando con grande interesse.

Perché un fotone non si può dividere

Per capire la portata di questa scoperta teorica bisogna fare un passo indietro. Un fotone è il quanto di luce, ovvero la quantità minima di energia elettromagnetica che esiste in natura. Non ha massa, viaggia alla velocità della luce e, soprattutto, è indivisibile. Almeno, così recita il manuale classico della fisica quantistica. Nessun esperimento ha mai prodotto mezzo fotone, e c’è un motivo profondo: la luce è quantizzata, il che significa che esiste solo in pacchetti interi di energia, mai in frazioni.

Il modello matematico appena proposto non mette in discussione questo principio. Anzi, lo conferma in modo spettacolare. Quando si tenta di applicare energia sufficiente per “tagliare” un fotone, quell’energia non distrugge la particella originale spaccandola in due pezzi. Quello che accade, invece, è che l’energia immessa nel sistema viene convertita in nuove particelle di luce. Il vuoto quantistico, che in realtà non è mai davvero vuoto ma pullula di fluttuazioni, risponde generando fotoni aggiuntivi. Più si spinge, più se ne creano.

Le implicazioni per la fisica e la tecnologia

Questo scenario ricorda molto un fenomeno già noto: la produzione di coppie particella e antiparticella dal vuoto, prevista dalla teoria quantistica dei campi e osservata sperimentalmente in contesti ad altissima energia. Il modello matematico relativo ai fotoni si inserisce nello stesso filone, ma con una eleganza tutta sua: dimostra che la natura protegge l’indivisibilità della luce attraverso un meccanismo creativo piuttosto che distruttivo.

Le ricadute potenziali non sono trascurabili. Se confermato sperimentalmente, questo modello potrebbe aprire strade nuove nella comprensione della elettrodinamica quantistica e, sul piano pratico, offrire spunti per tecnologie che sfruttano la generazione controllata di fotoni. Si pensi alle comunicazioni quantistiche, ai sensori di nuova generazione o ai futuri computer ottici, tutti ambiti dove la capacità di produrre fotoni in modo preciso e prevedibile rappresenta un vantaggio enorme.

Resta ovviamente il passaggio più difficile: portare tutto questo dalla carta al laboratorio. Ma il fatto che un modello matematico riesca a descrivere con tale chiarezza un comportamento così controintuitivo della luce è già di per sé un risultato notevole. La natura, ancora una volta, preferisce creare piuttosto che spezzare. E il fotone resta lì, intero, mentre dal nulla spuntano i suoi fratelli.

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Gli orologi nucleari, teorizzati per la prima volta diversi decenni fa, stanno finalmente passando dal regno delle idee a quello dei prototipi funzionanti. E la cosa più interessante è che non si tratta solo di misurare il tempo con una precisione assurda. Questi dispositivi potrebbero cambiare radicalmente il modo in cui la fisica moderna affronta alcune delle sue domande più profonde, a partire dalla ricerca della materia oscura.

Per capire perché gli orologi nucleari fanno tanto rumore nella comunità scientifica, bisogna partire da un concetto di base. Gli orologi atomici, quelli che oggi rappresentano lo standard di riferimento per la misurazione del tempo, funzionano sfruttando le oscillazioni degli elettroni attorno al nucleo di un atomo. Sono straordinariamente precisi, certo. Ma hanno un limite: gli elettroni sono relativamente “esposti” alle interferenze esterne, come campi elettrici e magnetici. Il nucleo di un atomo, invece, è molto più compatto e schermato. Questo significa che un orologio basato sulle transizioni nucleari potrebbe raggiungere livelli di stabilità e precisione enormemente superiori.

Come funzionano e perché adesso

Il principio alla base degli orologi nucleari ruota attorno a un isotopo specifico: il torio 229. Questo elemento possiede una transizione energetica nel suo nucleo che si trova a un livello abbastanza basso da poter essere stimolata con la luce laser. Una caratteristica unica, che lo rende il candidato perfetto per costruire un orologio di questo tipo. Per anni il problema è stato proprio riuscire a misurare con sufficiente precisione questa transizione. Solo di recente, grazie ai progressi nella spettroscopia laser e nelle tecniche di manipolazione quantistica, diversi gruppi di ricerca nel mondo sono riusciti a fare passi avanti concreti.

La prospettiva ora è quella di un miglioramento rapido. Le prime versioni funzionanti degli orologi nucleari sono già in fase di sviluppo avanzato, e gli scienziati prevedono che nel giro di pochi anni la loro precisione possa superare quella degli orologi atomici più sofisticati oggi disponibili.

Oltre il tempo: la caccia alla materia oscura

Ma il punto davvero affascinante è un altro. Gli orologi nucleari non serviranno soltanto a tenere il tempo meglio di qualsiasi strumento esistente. La loro sensibilità estrema li rende potenziali rivelatori di fenomeni fisici ancora misteriosi. Se alcune costanti fondamentali della natura dovessero variare nel tempo, anche di quantità infinitesimali, un orologio nucleare potrebbe accorgersene. Questo apre scenari enormi nella ricerca della materia oscura, quella componente invisibile che costituisce circa il 27% dell’universo ma che nessuno è ancora riuscito a osservare direttamente.

Gli orologi nucleari, in sostanza, potrebbero diventare una sorta di microscopio puntato sulle fondamenta stesse della fisica. Una tecnologia nata per misurare il tempo con ossessiva precisione, che finisce per mettere alla prova le leggi dell’universo. E dopo decenni di attesa, sembra che il momento giusto sia finalmente arrivato.

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L’intelligenza artificiale sta cambiando il modo in cui la cosmologia esplora l’universo, e una tecnica chiamata transfer learning promette di rendere tutto molto più veloce. Eppure, proprio questa scorciatoia nasconde un rischio che pochi avrebbero immaginato: a volte l’IA è talmente sicura di quello che ha già imparato da non riuscire a riconoscere qualcosa di davvero nuovo. Uno studio pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ha messo in luce sia le enormi potenzialità sia le trappole di questo approccio, aprendo un dibattito che riguarda il futuro stesso della ricerca cosmologica.

Il modello cosmologico standard, noto come ΛCDM, funziona bene per spiegare molte caratteristiche dell’universo su larga scala. Però non è la parola definitiva. Osservazioni recenti suggeriscono che potrebbero esistere fenomeni ancora sconosciuti: neutrini massivi, gravità modificata, energia oscura che evolve nel tempo. Per testare queste ipotesi servono simulazioni al computer estremamente dettagliate, ognuna basata su assunzioni fisiche diverse. E qui arriva il problema pratico: generare queste simulazioni costa tantissimo in termini di potenza di calcolo.

Come il transfer learning taglia i costi (e cosa può andare storto)

Il gruppo di ricerca, guidato da Veena Krishnaraj della Princeton University insieme ad Adrian Bayer del Flatiron Institute, ha provato un’altra strada. Invece di addestrare una rete neurale direttamente sulle simulazioni più complesse e costose, il team ha prima fatto “studiare” all’IA le simulazioni più semplici basate sul modello ΛCDM. Solo dopo, la rete è stata affinata con modelli che includono la nuova fisica. Il concetto è intuitivo: come leggere prima un manuale introduttivo e poi passare al testo avanzato, senza dover partire da zero ogni volta.

I risultati sono stati notevoli. In alcuni casi, il transfer learning ha ridotto di oltre dieci volte il numero di simulazioni costose necessarie. Una differenza enorme, soprattutto pensando alle future survey cosmologiche che raccoglieranno quantità di dati senza precedenti.

Ma ecco la sorpresa meno piacevole. Lo studio ha evidenziato un fenomeno chiamato negative transfer. Succede quando le tracce di nuova fisica assomigliano troppo a schemi che l’intelligenza artificiale ha già catalogato come normali. L’esempio più chiaro riguarda i neutrini massivi: le loro firme osservative somigliano molto agli effetti di un parametro già presente nel modello standard, il σ8, che misura quanto la materia tende ad aggregarsi nell’universo. La rete neurale, forte delle conoscenze acquisite nella fase iniziale, fatica a distinguere i due effetti e rischia di scambiare una scoperta potenzialmente rivoluzionaria per qualcosa di già noto.

Le implicazioni per la cosmologia del futuro

Come spiega Krishnaraj, il negative transfer non è casuale: è guidato da degenerazioni fisiche reali nel modello, situazioni in cui processi diversi producono segnali quasi identici. È un po’ come se un medico, avendo studiato solo malattie comuni, vedesse i sintomi di una patologia rara e la confondesse con qualcosa di banale. La competenza pregressa aiuta quasi sempre, ma in certi casi specifici può diventare un ostacolo.

Per ora, tutto questo è stato testato solo su simulazioni. Il passo successivo sarà applicare il metodo a osservazioni astronomiche reali, e il team è fiducioso che il transfer learning possa diventare uno strumento fondamentale per le prossime grandi campagne osservative. La lezione, però, è già chiara: l’intelligenza artificiale può accelerare enormemente la ricerca di nuova fisica, ma va sorvegliata. Perché un sistema troppo convinto di sapere già tutto rischia, paradossalmente, di essere l’ultimo a notare la rivoluzione che sta cercando.

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Lo spaziotempo è probabilmente il concetto più citato e meno compreso della fisica moderna. Tutti ne parlano, dai divulgatori scientifici agli sceneggiatori di Hollywood, eppure una nuova analisi filosofica suggerisce che forse nessuno sa davvero cosa significhi dire che lo spaziotempo “esiste”. Il punto è semplice, quasi imbarazzante: potremmo aver confuso due cose molto diverse, cioè il fatto che qualcosa esista e il fatto che qualcosa accada. E questa confusione, secondo il filosofo e astronomo Daryl Janzen dell’Università del Saskatchewan, sta generando un pasticcio concettuale enorme attorno alla nostra idea di realtà.

Partiamo dalle basi. La teoria della relatività di Albert Einstein ha unito spazio e tempo in un’unica struttura a quattro dimensioni. Fin qui tutto bene. Ma da lì in poi le interpretazioni si sono moltiplicate. Una delle più popolari è quella del cosiddetto universo a blocco, o “block universe”: l’idea che passato, presente e futuro coesistano tutti insieme, come pagine già scritte di un libro che nessuno sta sfogliando. In questa visione, il tempo non scorre davvero. Non c’è un “adesso” privilegiato. Tutto semplicemente è, in modo atemporale.

Suona affascinante, ma qui si nasconde il problema. Se tutto esiste già, in che senso lo spaziotempo stesso esiste? E soprattutto: esiste come un oggetto concreto oppure è solo un modo elegante per catalogare gli eventi?

La differenza tra esistere e accadere

Janzen propone un esperimento mentale piuttosto efficace. Si pensi a un elefante nella stanza. Quell’elefante esiste: ha una durata nel tempo, occupa spazio, lo si può osservare. La fisica descrive la sua storia come una “linea di mondo” quadridimensionale, cioè la traccia che il suo percorso lascia nello spaziotempo. Ora si immagini invece un elefante che appare per un istante e poi svanisce, come un fotogramma isolato. Quell’elefante non esiste nel senso comune del termine: accade. È un evento, non un oggetto.

Ecco il punto critico. L’eternismo, la posizione filosofica dietro l’universo a blocco, tratta l’intero spaziotempo come qualcosa che esiste. Ma per farlo, serve implicitamente un’altra dimensione temporale, una sorta di “tempo esterno” in cui lo spaziotempo possa esistere come l’elefante nella stanza. E questo ci porterebbe a un modello a cinque dimensioni, con due assi temporali, che va oltre qualsiasi fisica attualmente consolidata.

È un po’ come voler descrivere una canzone dicendo che esiste tutta insieme, senza che nessuno la suoni o la ascolti. Funziona come metafora, ma crolla appena si cerca di prenderla alla lettera.

Dalla scienza alla fantascienza (e ritorno)

Questa ambiguità non resta confinata nei dipartimenti di filosofia. Si riversa nella cultura popolare e nel modo in cui il grande pubblico pensa al viaggio nel tempo. In “Terminator” (1984), la linea temporale è fissa: tutto è già scritto. In “Avengers: Endgame” (2019), i personaggi modificano il passato, suggerendo un universo a blocco che però cambia. Entrambi i film danno per scontato che il passato e il futuro siano “lì”, pronti per essere visitati. Ma nessuno si chiede che tipo di esistenza questo implichi.

E la questione non è solo accademica. Come si interpreta lo spaziotempo influenza direttamente il modo in cui la scienza affronta le grandi sfide aperte, a partire dal tentativo di riconciliare la relatività generale con la meccanica quantistica. Le equazioni di Einstein funzionano ancora perfettamente, nessuno lo mette in discussione. Ma il significato che si attribuisce a quelle equazioni conta eccome, soprattutto quando si cerca di costruire una teoria unificata.

Il filosofo Ludwig Wittgenstein avvertiva che i problemi filosofici nascono quando “il linguaggio va in vacanza”. Forse la fisica, con tutto il suo rigore matematico, ha lasciato che alcune parole fondamentali facessero le valigie senza che nessuno se ne accorgesse. Capire cosa sia davvero lo spaziotempo non è un esercizio astratto: è una domanda su che tipo di mondo pensiamo di abitare.

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La teoria della turbolenza, uno dei pilastri della fisica dei fluidi da oltre ottant’anni, potrebbe non essere così rigida come si è sempre pensato. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Pittsburgh, in collaborazione con colleghi dell’Università di Torino, ha dimostrato che la direzione del flusso di energia all’interno di un sistema turbolento può essere modificata, e persino invertita. Una scoperta che, se confermata su larga scala, potrebbe cambiare il modo in cui si affrontano problemi enormi: dalle correnti oceaniche alla modellazione del clima, fino ad applicazioni in campo medico.

Per capire la portata della cosa, bisogna fare un passo indietro. Dal 1941, grazie al lavoro di Andrey Kolmogorov, la comunità scientifica ha dato per assodato un principio fondamentale: nei flussi tridimensionali, come quelli che si osservano negli oceani o nell’atmosfera, l’energia si muove dalle strutture più grandi verso quelle più piccole. In pratica, i grandi vortici si frammentano in vortici via via più piccoli, fino a dissipare tutta la loro energia. Nei flussi bidimensionali, invece, accade il contrario. Questa regola ha guidato decenni di ricerca. E nessuno, fino a oggi, l’aveva messa seriamente in discussione.

Il meccanismo che cambia le regole del gioco

Il merito va a Lei Fang, professore di ingegneria civile e ambientale a Pittsburgh, insieme al dottorando Xinyu Si e ai ricercatori italiani Filippo De Lillo e Guido Boffetta. Fang ha riformulato il problema del flusso energetico turbolento in termini meccanici, basandosi sulle equazioni di Navier Stokes. L’intuizione chiave? Se il trasferimento di energia è un processo meccanico, allora può essere manipolato cambiando la geometria tra forza e spostamento.

Lo strumento matematico utilizzato sono i tensori, oggetti che descrivono grandezze come stress e deformazione nei fluidi. Fang ha sviluppato un framework geometrico basato sull’allineamento di questi tensori e ha scoperto che, in determinate condizioni, la direzione del trasferimento energetico può essere reindirizzata. Non è più un percorso obbligato. Per verificare la teoria, il team ha condotto esperimenti in laboratorio usando uno strato sottile d’acqua sottoposto a forze elettromagnetiche, con particelle traccianti per visualizzare il movimento del fluido. I risultati sperimentali hanno confermato le simulazioni al computer e le previsioni del nuovo modello.

Dalle onde del mare ai dispositivi medici

Le ricadute pratiche potrebbero essere notevoli. Fang ha spiegato che, attraverso questo framework teorico, è possibile usare piccole barriere fisiche, nell’ordine di una decina di metri, per perturbare le barriere di trasporto oceanico che si estendono per chilometri. Questo aprirebbe scenari interessanti per la gestione delle coste, ad esempio nel migliorare la dispersione di acque reflue o contaminanti.

Ma c’è un altro campo dove la teoria della turbolenza rivisitata potrebbe fare la differenza: la microfluidica. Nei canali più piccoli di un millimetro, la viscosità del liquido rende il mescolamento estremamente difficile perché la turbolenza è praticamente assente. Allineando forze e spostamento in modo specifico, si potrebbe generare una forma debole di turbolenza capace di accelerare il mescolamento di agenti chimici o biologici. Un vantaggio enorme per la diagnostica medica e la somministrazione di farmaci.

E poi c’è la questione climatica. Le correnti oceaniche e la circolazione atmosferica sono fondamentali nella regolazione delle temperature globali. Se i cambiamenti climatici alterano i pattern del vento e il comportamento degli oceani, comprendere come le forze in gioco modificano il flusso energetico turbolento potrebbe portare a modelli climatici decisamente più accurati. Per ora resta un’ipotesi, come lo stesso Fang ha precisato, ma le basi scientifiche ci sono. La teoria della turbolenza, insomma, si è dimostrata più flessibile di quanto chiunque avesse immaginato negli ultimi otto decenni.

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La superconduttività è uno di quei fenomeni che da decenni tiene incollati i fisici ai loro laboratori. L’idea che l’elettricità possa scorrere senza alcuna perdita di energia è affascinante quanto sfuggente, e ogni passo avanti in questo campo ha il potenziale di rivoluzionare il modo in cui produciamo e trasportiamo energia. Ora, un gruppo di scienziati ha trovato qualcosa di davvero inatteso: un metodo per accendere e spegnere la superconduttività quasi come si farebbe con un interruttore. E il bello è che il trucco sta tutto nell’accoppiamento tra strati di grafene ritorto e un materiale sintetico simile al diamante.

Il meccanismo, a grandi linee, funziona così. I ricercatori hanno sovrapposto sottilissimi fogli di grafene leggermente ruotati tra loro, una configurazione già nota nel mondo della fisica per le sue proprietà particolari. La novità sta nell’aver affiancato questi strati a un substrato di diamante sintetico, creando un ambiente in cui è possibile modificare il modo in cui gli elettroni interagiscono con ciò che li circonda. Cambiando queste interazioni, il team è riuscito a controllare quando il materiale entra nello stato superconduttivo e quando ne esce. Sembra semplice detto così, ma dietro c’è una complessità enorme.

Un comportamento che sfida la fisica convenzionale

La parte più intrigante della faccenda non è solo il controllo della superconduttività in sé, ma il fatto che il materiale si comporta in modi che non rispettano le regole dei superconduttori convenzionali. La teoria classica, quella formulata da Bardeen, Cooper e Schrieffer negli anni Cinquanta, descrive piuttosto bene come funzionano i superconduttori tradizionali. Eppure, quello che è stato osservato in questo esperimento non rientra in quello schema. Gli scienziati parlano di segnali che potrebbero indicare una fisica completamente nuova, qualcosa che va oltre i modelli attuali e che potrebbe aprire strade finora neppure immaginate.

Vale la pena sottolineare che il grafene ritorto era già finito sotto i riflettori qualche anno fa, quando si era scoperto che bastava ruotare due strati di un angolo molto preciso per far emergere proprietà elettroniche straordinarie. Quella scoperta aveva già scosso la comunità scientifica. Questo nuovo studio porta il discorso ancora più avanti, dimostrando che l’ambiente circostante, il substrato su cui si appoggia il grafene, gioca un ruolo decisivo nel determinare se la superconduttività si manifesta oppure no.

Perché questa scoperta conta davvero

Se tutto questo dovesse essere confermato e replicato su scala più ampia, le implicazioni sarebbero enormi. Poter controllare la superconduttività in maniera precisa significherebbe avvicinarsi a dispositivi elettronici con efficienza energetica senza precedenti, computer quantistici più stabili e reti di distribuzione dell’energia praticamente prive di sprechi. Certo, la strada dalla scoperta in laboratorio all’applicazione concreta è lunga e piena di ostacoli. Ma il fatto che un sistema così sottile e apparentemente fragile possa esibire un controllo tanto raffinato sulla superconduttività rappresenta, senza mezzi termini, uno di quei momenti in cui la scienza dei materiali fa un salto in avanti significativo.

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