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domenica 2 maggio 2021

Come Generare Numeri Casuali: Per Estrazioni, Lotterie, Giveaway

Alcune volte si potrebbe avere l'esigenza di estrarre nomi o numeri (pseudo)casuali, tipo estrazione. Sia a livello scolastico/universitario ma anche per eventuali concorsi a premi. Tra le soluzioni migliori del web c'è assolutamente Random.
Questo sito, creato nel 1998 dal professore di informatica Mads Haahr (Trinity College di Dublino), produce numeri casuali basati sul rumore atmosferico (catturato da diverse radio sintonizzate tra le varie stazioni). 
Si parla di elenchi ed estrazioni pseudocasuali perchè il sito utilizza formule matematiche e tabelle pre-calcolate sfruttando diversi tipi di rumore atmosferico (caotico ma deterministico).
Esso può essere anche il rumore in un ufficio (stando attento ad esempio a ventilatori perchè sono dispositivi rotanti quindi producono rumore non casuale) o quello appunto atmosferico di un temporale (se sapessimo abbastanza riguardo i fenomeni esatti che provocano ciò, riusciremmo a prevedere i numeri estratti da random.org).
Indubbiamente l'approccio visivamente più interessante fu il generatore di Lavarand costruito da Silicon Graphics e che utilizzava istantanee di lampade a lava per generare veri numeri casuali. Sfortunatamente, Lavarand non è più operativo, ma uno dei suoi inventori sta portando avanti il ​​lavoro sul sito web Lavarnd.
E' possibile sfruttare anche altri fenomeni fisici quali il decadimento radioattivo. I punti nel tempo in cui una sorgente radioattiva decade sono completamente imprevedibili e possono essere facilmente rilevati e inseriti in un computer, evitando qualsiasi meccanismo di buffering nel sistema operativo. Il servizio Hotbits Fourmilab in Svizzera sfrutta questo principio.

RANDOM.ORG
Oltre a generare numeri casuali in un intervallo specificato (ad esempio inserendo numeri da 1 a 100 o oltre), si possono inserire anche probabilità specifiche ed utilizzare altri strumenti gratuiti per simulare eventi quali lancio di monete o di dadi e mescolamento di carte. Offre inoltre servizi a pagamento per generare sequenze più lunghe di numeri casuali agendo come "terza parte" per lotterie e promozioni.
Questo sito viene utilizzato per giochi, lotterie, giveaway, simulazioni, sorteggi, sicurezza (è possibile generare anche password), orari e giorni casuali, spartiti musicali, modellazione di fenomeni complessi, etc Sono presenti anche tool da integrare in siti web.

mercoledì 26 agosto 2020

Articoli Fisica, Matematica ed Elettronica Applicati Alla Realtà (Indice Completo)

In quest' articolo vedremo molte applicazioni informatiche (e non solo) applicate alla realtà. Si parlerà anche di Buchi Neri ed altri fenomeni naturali (software, app e non solo).
Esso verrà aggiornato di tanto in tanto.

Riporto anche le altre sezione del blog:



FISICA DEI VIAGGI NEL TEMPO, SPAZIO E TELETRASPORTO


INFORMATICA ED ELETTRONICA APPLICATA ALLA REALTA'


MATEMATICA


ONDE RADIO ED ELETTROMAGNETICHE


TELECOMUNICAZIONI

domenica 17 novembre 2019

Migliori Adattatori Powerline: WLAN e Dati Che Viaggiano Mediante Reti Elettriche

In quest'articolo avevamo già parlato dell'adattatore TL-WPA281, questi dispositivi consentono la navigazione su internet attraverso una rete elettrica.
Non hanno problemi di ostacoli (a differenza degli amplificatori di connessione WLAN) tipo pareti di cemento armato perchè i dati viaggiano appunto mediante la già citata rete elettrica.
I powerline sono formati da 2 o più adattatori di cui uno collegato alla presa a muro vicino al router e collegato ad esso tramite cavo LAN.
Altri adattatori possono essere collegati a prese elettriche nell'appartamento.
Questi adattatori funzionano mediate porte LAN ma anche tramite onde radio (WLAN).
Gli standard utilizzati sono: Homeplug AV e G.hn (quest'ultimo più veloce ma incompatibile con gli Homeplug di cui fanno parte i dispositivi di vecchia generazione DLAN Devolo).
Di che velocità di trasferimento parliamo? Circa 500/600 mbps (dipende anche dagli elettrodomestici collegati alla linea elettrica nei pressi dell'adattatore).
Tramite questi adattatori è possibile estendere la propria rete internet.


MODELLI MIGLIORI
Quali sono i modelli più noti?
Devolo (Magic 1 WiFi, Magic 2 WiFi; DLAN 550  e 1200 + WiFi AC)
AVM (Fritz Powerline 1260E)
TP Link (TL-WP8630P)
ASUS (PL-AC56)
D-Link (DHP-W611AV)

Qui li trovate a prezzi scontati: Adattatori Powerline (Amazon)

giovedì 11 luglio 2019

Le Tecnologie Dietro I Fluidi Non Newtoniani

Come si sa, l'esplosione di batterie di smartphone e di altri oggetti elettronici di uso comune con conseguenze a volte drammatiche, come ustioni, incendi e persino incidenti in aereo non è una cosa rara. Questo succede quando le batterie agli ioni di litio vengono danneggiate o utilizzate impropriamente.
Un gruppo d ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory e della University Of Rochester hanno inventato una nuova tecnologia per ovviare a questi problemi.

Gabriel Veith, uno degli autori della ricerca, ha spiegato: "In una batteria agli ioni di litio è presente un sottile pezzo di plastica che separa i due elettrodi. Se la batteria è danneggiata e lo strato di plastica viene meno, gli elettrodi possono entrare in contatto e l'elettrolita liquido della batteria può prendere fuoco"

Per rendere queste batterie più sicure alcuni ricercatori usano un elettrolita solido non infiammabile che, però, presenta diversi problemi nel processo di produzione.
Il team di ricerca di Veith ha trovato un'alternativa, ossia mescolare un additivo all'elettrolita solitamente utilizzato, per renderlo resistente agli impatti: l'elettrolita così modificato si solidifica quando vi è un urto, prevenendo il contatto tra i due elettrodi in caso di caduta dell'oggetto o di scontro. Inoltre l'aggiunta dell'additivo non richiede grandi cambiamenti nel processo di produzione delle batterie convenzionali.


FLUIDI NEWTONIANI E NON NEWTONIANI
Ma è un qualcosa di nuovo? Di rivoluzionario? Assolutamente no.
Semplicemente i ricercatori hanno sfruttato il concetto di fluido non newtoniano.
Iniziamo un attimo dai fluidi newtoniani che sono quelli di più facile comprensione.
L'acqua ad esempio.
Se io ho un contenitore di acqua e mescoliamo la stessa con un cucchiaio è noto che l'acqua non cambia comportamento: si tratta di un liquido, sempre e comunque.
Anche l'olio ha un comportamento di questo tipo.
È detto invece non newtoniano un fluido la cui viscosità varia a seconda dello sforzo di taglio che viene applicato.
Generalmente questi fluidi si comportano come liquidi ma, se iniziamo ad applicarvi una forza, diventano solidi (superata una certa soglia).
Esempi della vita di tutti i giorni? Maionese, ketchup, gel per capelli, creme, fango, sabbie mobili, dentifricio, sangue e finanche il pudding (una specie di budino).
Se notate il gel ad esempio non "scorre", cioè sta fermo anche con tappo aperto e capovolgendolo (del resto è in uno stato solido).
Cosa facciamo per farlo scorrere ed uscire dal tubetto (stesso discorso per dentifricio ad esempio)? Applichiamo una forza sul tubetto.
Un altro esempio di fluido non newtoniano e, precisamente, di fluido dilatante, può essere realizzato miscelando acqua e amido di mais.
Versando amido di mais in una bacinella e aggiungendo dell’acqua (la proporzione deve essere di 1 kg ogni 1,25 kg di amido. Se per esempio usate 250 g di amido, vi occorreranno circa 200 g di acqua), mescolando lentamente si creerà una poltiglia simile alla pasta per torta.
Provando ad immergere lentamente un dito nel composto: esso affonderà come se fosse un liquido qualsiasi. Immergete poi il dito con una forza maggiore ed ecco la sorpresa: il liquido si indurisce all’istante al momento dell’impatto.
L’effetto sarà più evidente se cercate di colpirlo con un pugno o, ancora, se ne prendete una parte tra le mani e lo sfregate fino a creare una pallina.
Non appena smettete di sfregare, il fluido ritornerà liquido e vi cadrà dalle mani.
Trattandosi di una sospensione, il fluido perderà le sue proprietà nell’arco di qualche ora e l’amido si depositerà sul fondo. Basterà comunque mescolare ancora per riottenere lo stesso effetto.
Ad esempio immaginando di riempire una piscina con una quantità proporzionata di amido, se qualcuno vi camminasse sopra velocemente, rimarrebbe sospeso sulla superficie e potrebbe raggiungere l’altra sponda della piscina come se stesse attraversando una strada.
Questo comportamento (il fatto di diventare solido all’impatto violento) è chiamato non tissotropico.
In generale l'applicazione di una forza (per esempio stendendo la superficie con un dito o capovolgendo rapidamente il contenitore in cui è posto) induce il fluido a comportarsi come un solido più che come un liquido.
Questa è la proprietà di "ispessimento al taglio" del fluido non newtoniano.
Applicando forze più deboli, come il lento inserimento di un cucchiaio nel fluido, lo manterrà nel suo stato liquido.
Dunque una persona che applichi una forza sufficiente con i piedi, può camminare sopra un liquido di questo tipo.
Questa proprietà dipende da un colloide, una sospensione di particelle solide molto piccole presenti nel liquido.
Per la batteria i ricercatori hanno adoperato silice sospesa negli elettroliti liquidi solitamente introdotti nelle batterie agli ioni di litio.
Nel momento dell'impatto le particelle in silice (perfettamente sferiche e aventi diametro pari a 200 nanometri) si raggruppano insieme, bloccando il flusso di fluidi e ioni.
Il vantaggio maggiore coinvolge il processo di produzione delle batterie: durante la manifattura di quelle tradizionali agli ioni di litio, un elettrolita è spruzzato all'interno dello spazio in cui è riposta la batteria stessa prima che l'apparecchio venga sigillato. Ma questa procedura non è eseguibile con un fluido newtoniano che solidificherebbe appena spruzzato.
Per ovviare al problema vengono inserite prima le sfere di silice e dopo viene versato l'elettrolita: una nuova tecnica per cui stanno cercando di ottenere il brevetto.
In futuro si sta progettando di migliorare ulteriormente il sistema in modo tale che la parte della batteria danneggiata da un colpo possa rimanere solida mentre il resto dell'apparecchiatura continua a funzionare.
L'applicazione di questa tecnologia è per ora indirizzata alle batterie dei Droni ma in futuro sarà aperta anche ad altri settori.


ALTRE APPLICAZIONI
La Tech21 ha progettato una cover per Smartphone e Tablet che sfruttando lo stesso effetto dei fluidi non newtoniani, assicura i vostri dispositivi dagli urti, anche quelli più violenti.
Diversi anni fa, nel Regno Unito è stata finanziata un’azienda privata affinché producesse dei giubbotti capaci di irrigidirsi in caso di impatto, diventando impenetrabili.
I comuni giubbotti anti-proiettile garantiscono una buona (ma limitata) sicurezza, a seconda del calibro e della distanza di sparo.
Esistono però materiali rinforzati che garantiscono maggiore resistenza.
Per esempio i vetri antiproiettile, in grado di resistere alla penetrazione di una o più pallottole, non sarebbero in grado di sopportare una scarica di munizioni nello stesso punto.
Generalmente sono costituiti da due lastre di vetro intervallate da uno strato di policarbonato e una plastica deformabile in grado di assorbire l'urto.
Colpito da un proiettile, il vetro si frantuma ma non si rompe grazie alla lastra di policarbonato che disperde la forza sull'intera superficie.
Altro discorso per i giubbotti antiproiettile: all'interno di una casacca in tessuto morbido si trova una struttura costituita da una plastica deformabile (polietilene) ricoperta da strati di fibre tessili super resistenti come il kevlar che si comportano in modo analogo alle lastre di policarbonato dei vetri.
Questo materiale non si lascia attraversare, grazie al tessuto speciale di cui è composto che crea una sorta di gabbia di fili attorno al proiettile.
Esso inoltre ripartisce l'area di scarico dell'impatto su una superficie più ampia, evitando che il proiettile stesso penetri all'interno del corpo.
Inoltre alcuni modelli possiedono degli strati aggiuntivi che riducono il proiettile in parti più piccole.
In cosa però potrebbero venire in soccorso i fluidi non newtoniani?
Come detto, questi fluidi s'induriscono al momento dell’impatto ad alta velocità con il proiettile.
Una società polacca chiamata Moratex ha progettato una sorta di armatura liquida.

"Avevamo bisogno di un liquido in grado di resistere sia ai proiettili che colpiscono a 450 metri al secondo sia a quelli che raggiungono il bersaglio a velocità maggiori. La capacità di arresto del liquido combinata alla minore deviazione della superficie colpita, fornisce un livello di sicurezza più elevato rispetto a quello offerto dalle tradizionali soluzioni in Kevlar"

L’impatto del proiettile X che colpisce il tessuto balistico Y, provoca una deformazione nella superficie del giubbotto. Quest’ultimo è progettato per assorbire e disperdere sia la forza d’arresto sia la penetrazione della scheggia.

"Grazie alle proprietà della ‘crema antiproiettile’, la minaccia è azzerata del 100% per via della minore deflessione della superficie colpita, ridotta da quattro centimetri ad uno"

Le nuove armature impregnate di STF saranno molto più leggere rispetto a quelle esistenti, più comode e non intralceranno in alcun modo le capacità motorie della persona.

Allo studio, corazze impregnate di fluido magneto-reologico. 
Anche BAE Systems sta sviluppando un’armatura che combina dilatanti e Kevlar, mentre la US Army Research Lab ha condotto studi sulla proprietà antiproiettile dei liquidi non newtoniani con l'Università del Delaware.

giovedì 11 aprile 2019

Fotografato Il Primo Buco Nero Con Il Telescopio EHT e La Tecnica VLBI

Ieri ha fatto scalpore ed è stata diffusa la prima immagine più o meno reale catturata da un Buco Nero supermassivo (conseguenza della relatività generale di Einstein e derivanti o da stelle che hanno esaurito il loro combustibile e si contraggono o da sistemi binari di Pulsar che consentono ad una delle due stelle di accrescersi e raggiunte le giuste dimensioni di diventare un Buco Nero), più precisamente il suo orizzonte degli eventi con fotoni (luce) che stanno per essere inghiottiti per sempre.
Già etichettata come la foto del secolo, un risultato dalla portata storica.
Curiosamente, ci si aspettava qualcosa sul Buco Nero al centro della Via Lattea Sagittarius A* (massa 4 milioni di volte superiore a quella del sole), che è molto più vicino, tuttavia i ricercatori della collaborazione EHT hanno scelto quello di M87, poiché l'osservazione non era disturbata dalle che fluttuano nella nostra galassia.
Inoltre il tutto è stato facilitato dal fatto che M87 è molto attivo nel "mangiare" materia e radiazioni.
Come detto, l’orizzonte degli eventi delimita il confine oltre il quale spazio, tempo, materia ed energia cessano di avere le loro proprietà ordinarie per via della sua fortissima gravità (dilatazioni temporali e contrazioni di lunghezza sono infinite). La singolarità al centro del Buco Nero, di fatto, non può essere nè vista nè fotografata nè illuminata perché cattura qualsiasi radiazione luminosa imprigionandola per sempre.
Il Buco Nero supermassivo presente al centro della galassia Messier 87 (M87), a 55 milioni di anni luce dalla Terra, è ha una massa stimata di 6,5 miliardi di volte quella del Sole.
Per catturare l’immagine, la comunità scientifica si è dotata di un telescopio chiamato Event Horizon Telescope (EHT), ovvero un network (collegato quindi) di 10 diversi telescopi installati in varie zone “estreme” del pianeta (deserti, vulcani, poli) e collegati tra loro in modo da funzionare come un singolo, grande telescopio di dimensioni planetarie (diametro di 12.000 km).
Le osservazioni EHT utilizzano una tecnica chiamata Very-Long-Baseline Interferometry (VLBI) che sincronizza le strutture del telescopio in tutto il mondo e sfrutta la rotazione del nostro pianeta per formare un enorme telescopio terrestre che osserva ad una lunghezza d'onda di 1,3 mm.
VLBI consente all'EHT di raggiungere una risoluzione angolare di 20 micro-secondi d'arco (cioè abbastanza per leggere un giornale a New York, da un caffè di Parigi).
Con questa tecnica un segnale emesso da una radiosorgente, quale un quasar o un Buco Nero, viene raccolto da più radiotelescopi dislocati sulla Terra.
Come secondo step è calcolata la distanza tra i radiotelescopi del sistema rilevando la differenza di tempo del segnale sorgente in arrivo ai diversi telescopi. Questo consente di effettuare l'osservazione di un oggetto sfruttando molti radiotelescopi, così facendo viene emulato un telescopio di dimensioni pari alla massima distanza tra i telescopi del sistema.
I dati ricevuti da ogni antenna del sistema sono tempi di arrivo sincronizzati, poi gli stessi sono combinati con quelli provenienti dalle altre antenne che hanno registrato lo stesso segnale radio, producendo l'immagine risultante. La risoluzione ottenibile utilizzando la tecnica interferometrica è proporzionale alla frequenza di osservazione.
Per incrementare la distanza tra i telescopi è possibile sfruttare la tecnica di imaging chiamata "closure phase" che permette una risoluzione anche superiore.
La VLBI è sfruttata maggiormente per l'imaging di radiosorgenti cosmiche lontane e per il monitoraggio di veicoli spaziali.
I telescopi che hanno contribuito a questo risultato sono stati ALMA, APEX, il telescopio IRAM da 30 metri , il James Clerk Maxwell Telescope, il Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, il Submillimeter Array, il Submillimeter Telescope e il South Pole Telescope.
Per maggiori info: EventHorizonTelescope
L’osservazione di M87 è avvenuta nel 2017, nell’arco di una settimana, e il lavoro di osservazione dei telescopi di EHT è stato coordinato e sincronizzato grazie all’uso di orologi atomici a base di maser all’idrogeno.
Ogni telescopio di EHT ha generato qualcosa come 350 terabyte di dati digitali per ogni giornata di osservazione (10.000 terabyte di dati, ovvero 10.000.000 gigabyte), dati che sono stati registrati su hard disk giganteschi ad alte prestazioni (sigillati con l’elio) e poi trasferiti al Max Planck Institute for Radio Astronomy e all’Haystack Observatory del MIT.
Qui una serie di supercomputer ha lavorato per mesi analizzando e ricostruendo le informazioni delle radio-osservazioni di EHT, generando infine l’immagine che ora è su tutti i siti Web, i quotidiani e i telegiornali del mondo.
Per quanto semplice, la foto dell’ombra del Buco Nero di M87 è sorprendentemente simile alle simulazioni grafiche fin qui scaturite dalle equazioni teoriche.
Si può comunque dire che non si tratta di una foto nel senso stretto del termine.

Daria Guidetti dell'Inaf (radioastronoma all'Istituto di Radioastronomia di Bologna): "Le onde radio che gli otto radiotelescopi hanno raccolto non sono visibili all'occhio umano perché, all'interno dello spettro delle onde elettromagnetiche, cadono al di fuori della luce che possiamo percepire con gli occhi, cioè i colori dell'arcobaleno. Se andassimo lì vicino (a distanza di sicurezza) non vedremmo quell'immagine lì con i nostri occhi"

Si tratta quindi di una mappa delle emissioni delle onde radio da parte di particelle che stanno precipitando dentro l'orizzonte degli eventi del Buco Nero.

Poi prosegue: "Quello che hanno fatto è trasformare qualcosa di invisibile (le onde radio) in visibile. Hanno usato i colori dal rosso al giallo, avrebbero potuto usare i toni del verde o del fucsia. È una trasposizione in falsi colori, come fotografare il calore di un caffettiera, lo possiamo rilevare e produrre una immagine. Se fossi lì e al posto degli occhi avessi due radiotelescopi, che poi sono antenne sintonizzate sul canale usato (230 Ghz) vedrei più o meno quello. Se i nostri occhi riuscissero a vedere solo le onde radio, non potremmo apprezzare quello spettacolo splendido ricco di stelle. Perché le stelle, in generale, emettono poche onde radio. Un Buco Nero ne emette molte e queste hanno il vantaggio di attraversare le abbondanti polveri che lo circondano, mentre le altre radiazioni, comprese quelle visibili, vengono bloccate, assorbite"

Dunque si tratta di radiazione elettromagnetica catturata e trasformata in colore attraverso l'elaborazione di un software.
Sostanzialmente il Buco Nero è un modello matematico, studiato teoricamente.
Questa situazione non va confusa con quella della "lente gravitazionale" (che ci permette di studiare oggetti molto distanti nell'Universo) , "fotografata" con il telescopio Chandra (della NASA).
L'immagine è più o meno sferica ma al centro c'è una galassia molto massiva.
Il suo potente campo gravitazionale distorce la luce prodotta da un Quasar (cioè una radio-sorgente definita "quasi stellare" che emette onde radio probabilmente provocate da un Buco Nero molto attivo che scalda a temperature di milioni di gradi i gas che gli stanno attorno) che però sta dietro, sullo sfondo, e la moltiplica, generando immagini di quel Quasar, lontano miliardi di anni luce. Grazie alla lente gravitazionale riusciamo quindi a studiare oggetti molto molto molto distanti dell'Universo.
Inoltre la foto di Chandra ritrae una zona che misura circa 1,6 milioni di anni luce di lato.
L'orizzonte degli eventi ripreso dai radiotelescopi dell'EHT misura, come diametro, circa 40 ore luce.
Nel 2006, sempre Chandra ha evidenziato le prime prove dirette dell'esistenza della materia oscura e l'eco prodotto dal Buco Nero al centro della Via Lattea (Sagittarius Alpha).
E' stato infatti dimostrato che quando del gas cade in un Buco Nero genera delle forti emissioni di Raggi X.
Nel 2017 una ricerca ha evidenziato la più alta concentrazione di Buchi Neri supermassicci mai osservata, diverse migliaia (5.000), in una piccola porzione di cielo.
Inoltre lo stesso telescopio ha permesso d'individuare un fenomeno nuovo chiamato CDF-S XT1 che si ipotizza possa essere generato dalla fusione di una stella di neutroni, una stella massiccia collassante in un Buco Nero o una nana bianca consumata da un Buco Nero medio.

domenica 17 marzo 2019

Tecniche e Software Per Analizzare Cristalli ed Oggetti (Radiazioni XRD, XRF, IR, UV, Raman, LIBS)

Lo spettro elettromagnetico rappresenta l’insieme di tutte le radiazioni in base alle loro frequenze e lunghezze d’onda. E’ convenzionalmente suddiviso in intervalli dei quali solo una minima parte è percepibile dall’occhio umano sotto forma di luce.
L’interazione tra oggetti e radiazioni elettromagnetiche permette l’identificazione e alla classificazione di un materiale, nonché l’individuazione del trattamento primordiale di un dipinto, oggetto, gemma ed eventuali modifiche (ritocchi).
In questo articolo si vuole dare solo un input sul funzionamento base di queste tecniche (integrabili con appositi software), non essendo possibile approfondirle per motivi di spazio e per i loro infiniti campi di applicazione.


SOFTWARE E DATABASE
Per rappresentare cristalli (abito e forma cristallina): "Faces" di Georges Favreau oppure "Shape".
Per visualizzare (ed elaborare) le strutture cristalline a livello di cella elementare: "Atoms" (facente parte del pacchetto Shape), "Powdercell" (anche per diffrazioni da polveri) o "XtalDraw".
Infine consiglio di visionare il sito di "Steffen Weber", cristallografo che ha programmato molte applicazioni ed applet java: Steffen Weber Website.
Per l'effetto Raman e diffrazione da polveri (XRD): CrystalSleuth.
Per quanto riguarda la spettroscopia ottica, forse il software migliore è Spectragryph.
Utile per files derivanti da UV-VIS, NIR, FTIR, Raman, XRF, LIBS e spettrometri da fluorescenza.
Pagina che elenca altri software: Cristallografia Software.
Per i database: Athena Mineral.
Fatta una panoramica sui vari software che è possibile utilizzare, vediamo le principali tecniche che utilizzano radiazioni del visibile e non.


DIFFRAZIONE A RAGGI X (XRD)
La diffrazione ai raggi X (XRD) è una tecnica di analisi non distruttiva che permette di studiare la struttura della materia, sia questa cristallina che vetrosa (amorfa).
Le interazioni della materia con radiazioni elettromagnetiche sono di due tipo: assorbimento (radiazione cede tutta l'energia o parte di essa) e diffusione (onde elettromagnetiche cambiano direzione di propagazione scambiando energia tra i vari fotoni nello scattering anelastico oppure no nel caso di scattering elastico).
Tornando alla tecnica di XRD, il tutto è basato su questo principio: l'onda incidente sono i raggi X che interagiscono con il reticolo cristallino secondo la legge di Bragg.
Su una lamina sensibile ai raggi x, saranno visibili: bande chiare e bande scure (con le varie interferenze costruttive e distruttive).
Attraverso questo tipo di analisi sarà possibile individuare la quantità ed i tipi di fase presenti nel campione analizzato, la tessitura presente, eventuali sforzi residui ed altro ancora.
Grazie all'uso di software dedicati si possono ricavare le ODF e le figure polari, con le quali è possibile visualizzare in modo rapido ed intuitivo l'orientazione della tessitura nel materiale nelle sue varie fasi cristalline.

FLUORESCENZA A RAGGI X
La tecnica di fluorescenza a raggi X (XRF) consente di individuare, in maniera non distruttiva, gli elementi costitutivi dell’area esaminata, grazie all’analisi della della cosiddetta radiazione a fluorescenza X caratteristica.
Il tutto tramite un'eccitazione atomica con opportuna energia.
La radiazione caratteristica emessa viene rivelata in funzione della sua energia (EDXRF, XRF a dispersione di energia) da un rivelatore a stato solido che permette di individuare in un'unica misura tutti gli elementi rivelabili presenti nell’area analizzata o tramite un rilevatore a dispersione di lunghezza d'onda (che sfrutta la legge di Bragg, la diffrazione e quindi l'angolo di dispersione).
Il sistema utilizzato è basato su uno spettrometro portatile, una sorgente di raggi X con anodo variabile, tensione anodica regolabile da 0 a 50 kV, corrente anodica regolabile da 0 a 1500 μA (potenza massima 50 W).
Tra i più noti a dispersione di energia, ricordiamo il Silicon Drift Detector (semiconduttore di Si drogato con Litio).
E' possibile utilizzare filtri per ridurre lo sfondo ed eliminare effetti indesiderati.


MICROSCOPIA OTTICA
Questa tecnica è utilizzata per un' analisi preliminare del campione.
I campioni sono osservati con uno stereomicroscopio interfacciato ad un PC mediante una fotocamera digitale.
Le sezioni lucide sono osservate con illuminazione nel visibile e nell’ultravioletto e interfacciato ad un PC mediante la fotocamera digitale suddetta.
L’acquisizione e l’elaborazione delle immagini può essere fatta mediante i software dell'Olympus Image Analysis.


MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE (SEM)
Tramite questa tecnica chiamata SEM è possibile osservare i campioni ad elevati ingrandimenti, permettendo di individuare la distribuzione degli elementi chimici sul campione stesso.
Il campione, tal quale o inglobato in sezione lucida stratigrafica, è osservato mediante un microscopio elettronico a scansione equipaggiato con microsonda per le analisi semi-quantitative.
Il sistema utilizza un filamento in LaB6, ha una tensione massima di accelerazione di 50 kV e permette di operare in alto vuoto o in pressione variabile (20 – 200 Pa).


MICROSCOPIA ELETTRONICA A TRASMISSIONE (TEM)
Il TEM è usato nei casi in cui la risoluzione di un microscopio ottico è troppo bassa per distinguere i particolari che si vogliono osservare (in un caso si parla di mm, con il TEM si arriva sino a 0.3 nm).
Il microscopio elettronico a trasmissione utilizza come radiazione un fascio di elettroni accelerato e focalizzato attraverso un sistema di lenti elettromagnetiche. Queste ultime sono costituite da un avvolgimento in cui scorre corrente circondato da materiale ferromagnetico. In questo modo si crea un campo magnetico fortemente disomogeneo che esercita una forza di Lorentz sugli elettroni che attraversano la lente. Sostanzialmente se l’oggetto è cristallino, dietro al campione oltre al raggio primario emergono dei massimi di interferenza come risultato della diffrazione di Bragg nel reticolo cristallino del campione. Per campioni metallici, gli angoli di diffrazione di Bragg sono così grandi che i raggi diffratti sono intercettati dall’apertura dell’obiettivo. Gli ingrandimenti sono permessi dalla presenza di diverse lenti. L’immagine finale è visibile su uno schermo fluorescente.


TECNICHE AD INFRAROSSO
Esistono molte altre tecniche (digitali e non) che consentono l'individuazione di "falsi" grazie all'uso di radiazioni (in questo caso ad infrarosso).
La riflettanza ad infrarossi consente di registrare immagini nell'infrarosso in bianco e nero, interpretando il disegno primordiale che ha portato ad un dato dipinto/immagine.
Sempre utilizzando gli infrarossi è possibile la rielaborazione di immagini, acquisite sia con fotocamera digitale sia con scanner, per differenziare e identificare in molti casi pigmenti che hanno lo stesso colore visibile, ma diversa capacità di riflessione dell’IR. Ne risulta un’immagine a falso colore, in cui è evidenziato un contrasto dei colori univoco per i diversi tipi di materiali, al fine di favorire la rapida individuazione di alcuni pigmenti e coloranti.
Altra tecnica simile alla riflessione ad infrarossi è la transilluminazione.
Anche in questo caso sarà possibile osservare i disegni preparatori di una pellicola con la differenza che non avviene la riflessione totale sulla parte più esterna della pellicola, inoltre la tecnica è integrabile con la radiografia a raggi x.
Tramite la spettrografia ad infrarosso invece sarà possibile distinguere le sostanze organiche da quelle inorganiche.


TECNICHE AD ULTRAVIOLETTO
La fluorescenza UV, analizza gli strati più superficiali dell‘opera consentendo di ottenere informazioni sia sulla tecnica esecutiva (pigmenti) che su eventuali modifiche (ritocchi). Permette di mettere in luce la presenza di materiali organici trasparenti e poco colorati, come le vernici, i film di adesivi, i leganti pittorici, protettivi.
L'UV a riflessione rileva solo la componente UV riflessa dalla superficie irradiata con sorgente UVA, evidenziando però solo gli strati più superficiali. Molto efficace nell’analisi di carta e documenti. Consente il riconoscimento di alcuni pigmenti e evidenzia i particolari della superficie (ruvidità, macchie e quant'altro).


SPETTROSCOPIA RAMAN
Nella spettroscopia Raman, integrabile (e complementare) alle tecniche ad infrarosso, si utilizza una luce laser nel campo visibile (ma anche infrarosso o ultravioletto). In questo modo è possibile eccitare i livelli energetici vibro-rotazionali delle molecole. Essi devono essere soddisfatte le regole di Pauli: non tutte le rotazioni saranno permesse dal momento che i bosoni devono mantenere invariato il segno della loro funzione d'onda durante la rotazione e i fermioni devono cambiarla.
Si tratta di una spettroscopia di scattering dove si fa incidere sul campione la radiazione elettromagnetica monocromatica iniziale di intensità e frequenza nota e viene misurata la radiazione diffusa tramite un rivelatore posto a 90º o 180º rispetto al cammino ottico lungo il campione. La radiazione può essere diffusa in tre modi: Stokes, anti-Stokes e Rayleigh (scattering elastico) quindi inutili ai fini dell'interpretazione dello spettro.
La radiazione Stokes possiede energia minore rispetto alla radiazione originaria incidente, visto che una parte di tale energia è utilizzata per promuovere una transizione a un livello superiore. La radiazione anti-Stokes riceve invece un contributo energetico dallo stato eccitato quando passa a un livello inferiore, per cui presenta una maggiore energia. La radiazione Rayleigh possiede la stessa energia della radiazione incidente (scattering elastico).


SPETTROSCOPIA LIBS
LIBS sta per "Laser Induced Breakdown Spectroscopy" ed è utilizzata su alcuni materiali per identificare un'eventuale presenza di un trattamento artificiale. Utile per la termodiffusione di elementi più leggeri, non rilevabili (tra i principali: il berillio).
Il problema principale è appunto che, per rilevare elementi così leggeri, è necessario ionizzare il materiale (dunque si tratta di una tecnica parzialmente "distruttiva"). Il procedimento deve essere condotto in atmosfera controllata per eliminare contaminazioni, di solito saturata con un gas inerte. La procedura prevede che un laser ad alta potenza vaporizzi una porzione infinitesima del campione (dell’ordine di 40 micron o meno): si otterrà uno spettro ottico prodotto dal plasma (gas ionizzato a carica neutra costituente il quarto stato della materia, non essendo nè un solido nè un liquido nè un gas in senso stretto).
Il materiale ionizzato viene quindi analizzato da uno spettrometro ad alta risoluzione. I sistemi LIBS più comuni utilizzati sono di solito calibrati per la ricerca del berillio per cui possono scansionare una porzione molto ristretta dello spettro.


SPETTROFOTOMETRIA IN RIFLETTANZA ED ASSORBANZA
Si tratta di una tecnica di analisi non invasiva in cui si illumina la superficie da analizzare con una luce di cui si conosce lo spettro e si registra la risposta spettrale della superficie.
Il rapporto tra l’intensità di luce che colpisce la superficie e quella che essa riflette è detto riflettanza percentuale (R[%]).
Essa verrà calcolata per ogni lunghezza d’onda nel visibile, definendo il comportamento spettrale della superficie in esame.
Si utilizza uno spettrocolorimetro a contatto con range di misura 400-700 nm.
Gli spettrofotometri utilizzano radiazioni ultraviolette, infrarossi e dello spettro del visibile ed una fibra ottica.
Si tratta dell'evoluzione dello spettroscopio ottico che utilizza solo radiazione visibile.

giovedì 14 marzo 2019

Invertita La Direzione Del Tempo Grazie Ad Un Computer Quantistico

Dei ricercatori americani, svizzeri e del Moscow Institute Of Physics hanno annunciato di essere riusciti a invertire la direzione del tempo con un computer quantistico.
Ciò contraddirebbe le leggi della fisica e potrebbe alterare la nostra percezione dei processi che guidano l'universo.
Un po' come se dopo aver fumato una sigaretta, il fumo ritornasse indietro nella sigaretta.
O ancora: se dopo aver rotto un vaso, questo potrebbe magicamente ricomporsi e tornare alla situazione iniziale.
Oppure come se un colpo calcolato alla massima precisione permettesse di riportare alla posizione iniziale un set di palle da biliardo sparso sul tavolo.
Lorenzo Maccone, fisico teorico dell’Università di Pavia che indaga gli aspetti del tempo rispetto alla meccanica quantistica, spiega ulteriormente: "Se è facile vedere un uovo che cade a terra e si spiaccica, nessuno ha mai potuto assistere al contrario. Ovvero a un uovo che si ricompone e ritorna sul tavolo. Secondo le leggi della fisica classica questo in realtà non è impossibile, ma altamente improbabile. Invece a livello microscopico è possibile: la freccia del tempo è reversibile, può andare in un senso e in quello contrario".
La "macchina del tempo", descritta in un articolo della rivista Scientific Reports, era composta da un computer quantistico, le cui unità di informazione sono i qubit, ovvero "bit quantistici" che, oltre ai valori zero e uno, possono assumere un valore che "sovrappone" entrambi gli stati (un po' come se una TV fosse accesa e spenta contemporaneamente).
Durante l'esperimento, è stato lanciato un "programma di evoluzione" che ha portato i qubit a disegnare sequenze di 0 e 1 mutevoli e sempre più complesse, "dall'ordine al caos".
In seguito, un altro programma ha modificato la sequenza di qubit riportandola dal caos all'ordine originario.
Più precisamente, i ricercatori hanno analizzato la posizione di un elettrone, passando da una fase in cui era localizzato a una in cui il sistema diventava più caotico e non era più individuabile.
In un secondo tempo, grazie a un algoritmo, è stato compiuto il percorso inverso (la freccia del tempo si è invertita): l’elettrone dal caos è tornato af essere localizzato.
Il discorso è che secondo le leggi della fisica, l'universo tenderebbe al disordine: cioè dall'ordine al caos.

"Abbiamo creato artificialmente uno stato che evolve in una direzione opposta alla freccia del tempo termodinamica", ha spiegato il capo del gruppo di ricerca, Gordey Lesovik.
La seconda legge della termodinamica enuncia infatti l'irreversibilità della maggior parte dei processi. Ovvero l'universo come detto segue una sola direzione: dall'ordine al disordine.
Gli scienziati sono sicuri di poter sviluppare il programma in modo tale da raggiungere risultati sempre più accurati.
Al momento, con due qubit il margine di successo è dell'85%, laddove con tre qubit è del 50%.
Le applicazioni pratiche dell'esperimento riguardano l'abbattimento degli errori nel collaudo dei programmi di informatica quantistica.
Tuttavia avverte il professor Maccone: "È solo un’inversione, con l’elettrone che evolve all’indietro. Gli studi che si stanno facendo, come quest’ultimo, sono molto interessanti; e nonostante alcune approssimazioni dovute a computer ancora allo stadio di prototipi, permettono di capire cosa succede a livello fisico. La grande domanda a cui si sta cercando di dare una risposta è appunto quella di spiegare questa apparente contraddizione tra il mondo che conosciamo e quello della meccanica quantistica".
Tuttavia ciò apre la possibilità (almeno teorica) che si possa tornare indietro nel tempo.
Il viaggio a ritroso vero e proprio è stato simulato dal computer quantistico, un modello dell'IBM messo a disposizione dei ricercatori.

"Un algoritmo ha ricostruito le leggi della fisica che regolano la caduta del signore che inciampa e poi ne ha invertito il segno, ripercorrendo all'indietro il suo movimento e riportando in piedi l'uomo" spiega Verrucchi.
Almeno virtualmente, il latte è tornato nel bicchiere e la lava è rientrata nel vulcano.
Le probabilità che accada sono talmente basse che al confronto vincere la lotteria è una certezza.
Va sottolineato comunque che con i futuri PC quantistici sarà possibile ricostruire il passato di un’informazione, fino a risalire al luogo da cui è stata emessa.
Con la possibilità di individuare, così, chi l’ha generata.
Un risultato che migliorerà notevolmente la sicurezza delle trasmissioni del futuro, grazie proprio alle proprietà di queste particelle, sfruttate nella crittografia quantistica.

domenica 13 gennaio 2019

Arriva Il Primo Computer Quantistico Commerciale: IBM Q System One

Non poteva che essere IBM a presentare il primo computer quantistico a fini commerciali: IBM Q System One. Infatti sino ad ora i computer quantistici erano appannaggio solo dei laboratori di ricerca.
IBM già 3 anni fa, per dei test, aveva sviluppato sistemi a 5 e 16 qubit (D-Wave).
Il cuore pulsante di IBM Q System One è un sistema a 20 qubit, un connubio tra un processore quantistico e componenti creati appositamente per questo device.
Il computer è inserito in una teca cubica in vetro munita di un sistema di raffreddamento che mantiene la temperatura a -460° Fahrenheit (-273°C, cioè allo zero assoluto, la Temperatura più bassa che è possibile raggiungere. Per rendere l'idea, al di fuori dei laboratori, il luogo più freddo dell'universo è la nebulosa Boomerang dove si raggiunge una temperatura di −272 °C, addirittura 2°C in meno rispetto alla radiazione cosmica di fondo derivata dal Big Bang. Questa nebulosa si trova a 5.000 anni luce dalla Terra nella costellazione del Centauro).
Tornando al computer quantistico, la struttura in vetro, è stata realizzata dalla milanese Goppion.
Essa è fondamentale anche per l'isolamento dei componenti che consentono al Q System One di lavorare in modo efficiente. Un case necessario per ostacolare interferenze esterne come vibrazioni e, appunto, variazioni di temperatura.
Inoltre, IBM ha annunciato alla fiera tech la creazione del primo data center per l'elaborazione di calcoli quantistici (si tratta sostanzialmente di un sistema cloud che sfrutta questo tipo di calcoli).
IBM Q Quantum Computation Center avrà la propria sede a Poughkeepsie, nello stato di New York.
Nel mentre Google da anni sta lavorando per migliorarne la stabilità e correggere gli errori.
Alcuni calcoli richiedono anni per il completamento degli stessi, uno quantistico potrebbe fare lo stesso calcolo in pochi secondi.
La chiave per i computer quantistici risiede nei qubit. I normali computer che usiamo ogni giorno usano "bit" che memorizzano le informazioni in lunghe combinazioni di 1 e/o 0. Un qubit, d'altra parte, sfrutta un fenomeno davvero strano della Fisica Quantistica dove le particelle possono esistere in più posti contemporaneamente. Ciò significa che i qubit esistono tecnicamente sia come 1 sia come 0, quindi possono memorizzare in modo esponenziale più informazioni rispetto ai bit regolari (è un po' come se una TV potesse essere accesa e spenta contemporaneamente. Questo fa parte anche del famoso paradosso del "gatto di Schrodinger").
Ad esempio, un computer con due bit può codificare informazioni in una sola delle quattro combinazioni possibili: 00, 01, 10 o 11. Un qubit può contenere tutte e quattro queste combinazioni contemporaneamente.


INSTABILITA' DEI QUBIT
Il problema è che i qubit sono incredibilmente instabili e presentano molti errori. Le informazioni che conservano esistono solo per una frazione di secondo prima che si perdano. Anche per esistere per quella frazione di secondo, i qubit come detto richiedono temperature vicine allo zero assoluto e un ambiente senza disturbi o rumori.
E affinché i computer quantistici funzionino sempre, gli scienziati devono collegare molti qubit insieme in array in cui i qubit sono fisicamente separati l'uno dall'altro, ma tutti connessi. Quindi qualsiasi cosa tu faccia nei confronti di un qubit, essa influenzerà immediatamente anche gli altri. In questo modo i qubit possono comunicare tra loro e correggere rapidamente gli errori.
L'obiettivo è quindi capire come stabilizzare i qubit e programmarli per trovare e correggere eventuali errori.
I ricercatori di UCSB e Google hanno capito come stabilizzare ciò, mediante l'utilizzo di un array, per quanto essa non possa impedire che si verifichino degli errori potrebbe però impedire che gli errori Tuttavia gli errori che l'array 9-qubit può proteggere riguardano solo il tipo di errori che compaiono nei computer normali. Proteggere dagli errori che compaiono nei computer quantistici richiederà una programmazione più complicata.
Un'altra importante intuizione ha rivelato che un gruppo di qubit diventa più stabile quanti più qubit si connettono. Ciò significa che enormi matrici di decine di migliaia di qubit potrebbero effettivamente produrre un computer quantistico per le masse.
Seguendo questo proposito sono stati sviluppati processori da 20-qubit e poi nel 2017 da 49-qubit.
Maggiori sono i qubit, meno errori il sistema produce. Questi sistemi richiedono non solo un sistema a 49 qubit, ma anche un'accuratezza del 99,7 %.


COMPUTER IBRIDI
Microsoft invece negli anni ha provato a varare computer quantistici "ibridi", cioè uno incorporato in un tradizionale computer basato sul silicio. Questo modello, scrivono i ricercatori, potrebbe anche aiutare a risolvere molti dei problemi ancora irrisolvibili.
Perchè computer ibridi? Perchè quelli quantistici, come detto, funzionano solo a temperature prossime allo zero assoluto (più fredde delle più oscure profondità dello spazio). Inoltre, il più piccolo disturbo può spingere le particelle di qubit e corrompere i loro dati. I dispositivi sono anche molto costosi, poiché il raffreddamento non è economico e la maggior parte dei progetti richiede materiali costosi come il diamante o il cesio.
Il modello ibrido proposto dai ricercatori Microsoft risolverebbe in parte questi ostacoli.
Secondo lo studio del gruppo, la parte normale potrebbe prendere in carico i calcoli di base, permettendo alla parte quantistica di affrontare i problemi davvero difficili.

sabato 13 ottobre 2018

Sistemi Real-Time ed Embedded: Cosa Sono e Come Funzionano

I sistemi real-time sono sistemi informatici che rispondi in real time appunto (o comunque entro precisi vincoli temporali).
In parole povere, oltre ad eseguire una data funzione, devono farlo anche entro certi limiti di tempo (variabili, a seconda della situazione considerata).
Il termine real-time (tempo reale) non vuol dire che la risposta sia sempre immediata (a volte l'intervallo di tempo può essere anche di minuti).


ESEMPI DI SISTEMI REAL-TIME ED EMBEDDED
Esempi di sistemi real-time sono quelli militari per la difesa (sistemi di difesa missilistici), sistemi di controllo (il pilota automatico di un aereo, il controllo di impianti nucleari, sistemi di guida di missili e satelliti), sistemi di monitoraggio/rilevamento (controllo del traffico, radar, etc), macchine di distribuzione automatiche, sistemi di automazione (robot), sistemi di telecomunicazioni, sistemi multimediali.
È da notare che molti di essi sono anche sistemi embedded, ossia hanno incorporato il computer che li controlla.
Negli ultimi anni la complessità funzionale dei sistemi embedded è cresciuta enormemente e i requisiti real-time sono diventati sempre più stringenti, di conseguenza l'integrazione di un sistema operativo real-time è diventata un obbligo e non più l'eccezione.
Un sistema che interagisce con il mondo fisico deve essere in grado di gestire gli eventi fisici nei tempi in cui si manifestano (tempo reale o quasi) e non in tempi differiti (non real-time).


SCHEDULER
Il sistema embedded deve essere progettato in modo da rispettare questa condizione di real-time tramite meccanismi hardware e software adeguati a gestire il tempo di esecuzione dei processi entro intervalli di tempo limitato.
A tale scopo è necessario che la natura dei processi sia nota e i relativi tempi di esecuzione determinati, in modo che possa essere programmato un meccanismo di gestione della messa in esecuzione e della relativa terminazione dei processi entro il tempo limite (deadline).
Questo meccanismo si chiama “scheduler”.
I meccanismi di scheduling più utilizzati sono i seguenti:

1) Earliest Due Date (Tutti i processi arrivano allo stesso tempo e la priorità è statica)
2) Erliest Deadline First (I processi arrivano in qualsiasi momento e la priorità viene modificata in base alla scadenza temporale del processo)
3) Rate Monitoring (E' il meccanismo di gestione temporale dei processi periodici)


ANELLI APERTI E CHIUSI
I sistemi real-time si possono inoltre suddividere in altre 2 categorie: quelli che modificano
l’ambiente e quelli che non lo modificano.
I sistemi appartenenti alla prima categoria si dividono in:

1) Sistemi ad anello aperto (le cui azioni sono pre-programmate e quindi standard)
2) Sistemi con feedback (le cui azioni sono in funzione delle informazioni ricevute)

Un processo o serie d'istruzioni (task) di un sistema real-time può essere:

1) Periodico (quando viene eseguito periodicamente)
2) Aperiodico (quando viene attivato ad intervalli di tempo irregolari, a seconda della situazione presentatasi)


HARD E SOFT REAL TIME: VELOCITA'
Un sistema si definisce hard real-time o soft real-time a seconda che il limite temporale entro cui
deve espletare la sua funzione sia specificato come valore assoluto o come valore medio.
Per i sistemi soft real-time, a differenza dei sistemi hard real-time, è ammissibile un certo
margine di ritardo nel fornire la risposta.
Un esempio di sistema hard real-time è il sistema di
controllo della temperatura di una centrale nucleare, dove il mancato rispetto dei vincoli
temporali può provocare un grande disastro.
Un esempio, invece, di sistema soft real-time può essere un riproduttore DVD, in cui il mancato rispetto dei vincoli temporali può determinare un degrado della qualità del filmato ma non pregiudica il proseguimento della riproduzione.
Un altro esempio di sistema soft real-time è rappresentato dagli sportelli automatici per la distribuzione di banconote: tali sistemi, mediamente, devono avere un tempo di risposta accettabile per l'utente, altrimenti potrebbero causare l'insoddisfazione dei clienti.
I sistemi con tempi di risposta inferiori al secondo si possono considerare veloci, mentre quelli con tempi di risposta misurabili in minuti si possono considerare lenti.


PREVEDIBILITA' E TEMPI FINITI
I processi fisici hanno in generale tempi di manifestazione che possono essere stimati preventivamente.
Per esempio il campionamento della frequenza di un segnale è un processo sincrono (avviene a intervalli regolari) richiede un intervallo temporale massimo (intervallo di campionamento) entro cui deve essere eseguito (acquisizione della misura e memorizzazione).
La corretta stima di questo intervallo (teorema del campionamento) non è sufficiente a garantire che il processo di campionamento venga eseguito correttamente in termini temporali.
Ci sono caratteristiche di sistema (hardware e software) che possono introdurre elementi di non prevedibilità dei tempi nella risposta del software di sistema, per esempio il DMA (Direct Memory Access).
I sistemi operativi generici (per esempio Windows e Unix) non hanno meccanismi per garantire l'esecuzione certa dei processi entro tempi massimi prestabiliti e quindi non sono utili per l'implementazione di sistemi real-time.
Questi sistemi operativi, data la loro popolarità, sono stati modificati a livello di kernel e adattati alle applicazioni real-time nella versione embedded.

mercoledì 19 settembre 2018

Come Costruire Una Macchina Del Tempo

Sostanzialmente per viaggiare nel futuro "basta" muoversi a velocità prossime a quelle della luce, per tornare indietro nel passato invece bisogna superare la velocità della luce.
In questo articolo illustrerò i principi che governano i viaggi nel tempo, parlando di alcuni oggetti che ipoteticamente potrebbero essere utilizzati per fare ciò e costruire una macchina del tempo.


VIAGGI NEL FUTURO
Per quanto riguarda i viaggi nel futuro, oltre alla velocità prossima a quella della luce (viaggiare a circa metà della velocità della luce, rallenterebbe il tempo del 13%), grande importanza è data anche alla gravità (essa rallenta il tempo di un microsecondo ogni 300 anni quindi il tempo scorre più rapidamente nello spazio. In realtà sussistono distorsioni temporali e quindi rallentamenti del tempo di 0,000000000000025% da piano a terra rispetto ad edifici alti una ventina di metri quindi a gravità minore. In poche parole la gravità rallenta il tempo). Del resto comprimendo la terra e riducendone sempre di più il diametro, l'intensità gravitazionale aumenterebbe sempre più.
Il valore critico di compressione della terra è 0.9 cm, questo fermerebbe il tempo (se ci pensate, questi concetti sono i medesimi che portano alla formazione di buchi neri mediante implosioni di stelle: cioè corpi con diametri non molto grandi ma nuclei estremamente densi con masse decisamente superiori a quella del sole. E' stato calcolato che su una stella di neutroni cioè una stella non completamente collassata come un buco nero, proprio per via della fortissima gravità, un orologio viaggerebbe circa il 30% più lento rispetto a quelli sulla terra). Quindi "basterebbe" stabilizzarsi su una stella di neutroni, per viaggiare nel futuro.
Gli eventi temporali hanno una certa ambiguità soltanto se la luce non ha avuto tempo di propagarsi da uno all'altro e quindi per eventi ravvicinati.
Se si spara un colpo di cannone sulla terra ed 1 secondo dopo qualcun altro fa la medesima cosa su un pianeta lontano diversi anni luce dalla terra, un astronauta in moto potrebbe ritenere che il corpo sul pianeta lontano sia stato sparato prima, anche se sappiamo che non è così (ciò non si verificherebbe per tempi più lunghi perchè la luce avrebbe tempo sufficiente per percorrere la distanza terra-pianeta).
Va da sè però che se la velocità della luce viene superata, la causalità sarebbe messa in discussione e passato e futuro si mescolerebbero.
Si è detto che in prossimità della gravità il tempo rallenta quindi viaggiando nello spazio (lontano da forza gravitazionali quindi da pianeti e buchi neri) il tempo dovrebbe scorrere più veloce.
Però si è anche detto che viaggiando a velocità relativistiche il tempo rallenta allo stesso modo.
Quindi cosa prevale? La gravità o la velocità? Dipende sostanzialmente dall'altitudine (si parla però di diametri terresti) e da quanto sia elevata la velocità.


BREVI CENNI SUI BUCHI NERI
Secondo Einstein, la gravità è una proprietà, ossia una caratteristica dello spazio stesso. In poche parole tutti i corpi dotati di massa (dal Sole alla Terra, sino ad un mattone o un computer) curvano lo spazio attorno a se stessi (con esiti diversi ovviamente). Del resto se appoggiamo un masso su un letto, esso deformerà la superficie. La Relatività generale ipotizza anche che un oggetto sufficientemente grande, come può essere una stella massiccia, può collassare su sè stesso fino a concentrarsi in un punto a densità infinita: in questi casi si parla di singolarità (il concetto più generale, è appunto chiamato Buco Nero).
La singolarità deforma così pesantemente lo spazio attorno a sé che neppure la luce può uscirne (se ci passa vicino o attraverso). I lavori più importanti sui Buchi Neri sono di John Wheeler negli Stati Uniti, Roger Penrose nel Regno Unito e Yakov Zel'dovič nell'Unione Sovietica.
Fu Hawking però il primo a paragonare il Big Bang ad un Buco Nero al contrario: anziché finire tutto in una singolarità, tutto ha inizio da una singolarità. E insieme a Penrose, nel 1970, pubblica un lavoro che dimostra come l'Universo sia nato da una singolarità. Egli, viste le ipotesi precedenti, intuisce anche che un Buco Nero può solo aumentare di dimensioni, mai restringersi.
Comprende anche che la massa di un Buco Nero determina le dimensioni dello spazio che circonda la singolarità all'interno del quale nulla può uscire. Il confine prende il nome di orizzonte degli eventi (che rappresenta il confine tra Buco Nero ed universo esterno).
L'espansione continua dell'orizzonte degli eventi la spiega tramite l'entropia, che misura il grado di disordine di un sistema. L'entropia può solo aumentare, mai diminuire: l'Universo dunque diventa sempre più disordinato con il passare del tempo.
Hawking sottolinea fortemente come i due fenomeni (l'espansione dell'orizzonte degli eventi e la crescita dell'entropia) siano stranamente simili anche se il fisico Jacob Bekenstein non vedeva connessioni tra Buchi Neri ed entropia (secondo lui la dimensione del Buco Nero altro non era che la misura dell'entropia del Buco Nero stesso).
Secondo Hawking se un oggetto ha entropia deve anche avere una temperatura quindi energia da irradiare, ma come detto nulla può sfuggire da un Buco Nero, nemmeno la luce.
Sfruttando però la teoria quantistica (sull'infinitivamente piccolo) si asserisce che lo spazio vuoto è tutt'altro che vuoto, con coppie di particelle che nascono spontaneamente: una è materia ordinaria, l'altra antimateria (ossia con carica opposta). Poiché le due particelle sono così opposte, non si crea nuova energia e svaniscono così velocemente che non si ha il tempo di rilevarle direttamente. Per questo vengono chiamate particelle virtuali.
Secondo Hawking queste particelle possono diventare reali se nascono vicino a un Buco Nero, perché una delle due può essere risucchiata dallo stesso, prima di annullare la sua partner, che resta così nell'Universo. Il fatto è che se ad essere assorbita dal Buco Nero è la particella negativa, l'energia totale del Buco Nero diminuisce e quindi anche la sua massa.
Dunque il Buco Nero deve irradiare energia (la radiazione di Hawking) e può diventare sempre più piccolo. Ecco dunque che Hawking confuta la sua stessa idea di partenza, che voleva i Buchi Neri in espansione continua: essi possono infatti lentamente evaporare. La temperatura dei Buchi Neri (attuali) sarebbe di poco superiore allo zero assoluto (-273 °C), e dunque la radiazione emessa sarebbe davvero difficile da rilevare. A tutto ciò però si unisce un altro problema: quando una particella supera l'orizzonte degli eventi, non può tornare più indietro. Con essa, porta le sue stesse informazioni, come la massa e la posizione. Se un Buco Nero può evaporare, dove vanno a finire queste informazioni portate dalla materia che ci è finita dentro? Esse possono uscire tramite la radiazione di Hawking oppure svaniscono per sempre. Hawking sostiene che svaniscono per l'eternità.
Se si perdono le informazioni, sostiene Susskind, svanirebbero causa ed effetto e questo non è possibile. Secondo la fisica quantistica infatti, l'informazione è eterna.
Questo concetto è conosciuto come "il paradosso dell'informazione dei Buchi Neri" (se l'informazione è persa per sempre ciò presupporrebbe che molti stati fisici possono evolvere nel medesimo stato).
Qualcuno ha provato a risolverlo affermando che i Buchi Neri in realtà sarebbero Stelle Nere: cioè con proprietà abbastanza simili ma con la differenza che non presentano un orizzonte degli eventi e che dalle stesse fuoriesca radiazione con informazione.


ONDE GRAVITAZIONALI E BUCHI NERI
Vanno sottolineati in modo veloce alcuni altri aspetti.
Lo scontro tra due Buchi Neri, porta alla formazione di un altro Buco Nero e alla diminuzione di massa totale. Com'è possibile? La diminuzione di massa è compensata dall'energia prodotta sotto forma di Onde Gravitazionali (che si muovono alla velocità della luce) e derivata dalla nota relazione di Einstein:
Se ho due Buchi Neri di massa (30 e 35 masse solari) non otterrò un Buco Nero di 65 massi solari ma sarà inferiore (la differenza sono proprio le onde gravitazionali, particolari onde che hanno la caratteristica di modificare lo spazio tempo: oggetti distanti si allontanano/avvicinano quando la regione spazio-temporale in cui si trovano è attraversata da onde gravitazionali).
Nella prima osservazione delle Onde Gravitazionali a seguito di uno scontro tra due Buchi Neri, vennero fuori 3 masse solari mancanti cioè 6 milioni di trilioni di trilioni di kg (un trilione è un numero un milione di volte maggiore di mille miliardi) sotto forma di onde gravitazionali emesse in una frazione di secondo (se tutte le stelle dell'universo convertissero parte della loro massa in onde elettromagnetiche con lo stesso ritmo del sole, la quantità di energia citata prima e propagata come onde gravitazionali sarebbe 10 volte maggiore di tutta l'energia luminosa emessa da tutte le galassie osservabili nell'universo).
Le Onde Gravitazionali ad alta frequenza (prodotte da Buchi Neri e Stelle) sono state rilevate tramite interferometri, per quelle a bassa frequenza si usano le Pulsar (Stelle di Neutroni) che hanno la particolarità di essere veri e propri orologi cosmici che "pulsano" in modo costante sempre con la stessa bassissima frequenza (dipendente dalla velocità di rotazione).
Acquisendo i tempi di pulsazione, nel momento in cui vengono rilevati sfasamenti, be' quelli sono dovuti al passaggio di Onde Gravitazionali (che come detto all'inizio deformano lo spazio-tempo).
A cosa servono le Onde Gravitazionali? Per calcolare la massa dei Buchi Neri e la distanza del sistema che ha emesso l'onda.

I parametri presi in considerazione sono:
1) Frequenza di emissione
2) Frequenza a cui viene lo scontro tra i Buchi Neri (Chirp)
3) Ampiezza dell'onda (Strain. Cioè quanto forte è il segnale misurato in termini di oscillazioni delle dimensioni dei due bracci dell'interferometro che serve per "intercettare" l'onda)

Sostanzialmente per misurare la distanza da un sistema di corpi celesti, basta prendere il segnale delle onde gravitazionali osservate e confrontarlo con il modello derivato dalla teoria della Relatività Generale. Queste distanze permettono di misurare quanta materia ed energia oscura c'è nell'universo (le distanze precise dei corpi nell'universo dipendono da questi parametri).
Se la materia oscura non è visibile, come si può esserne certi della sua esistenza? Ovviamente sappiamo che la gravità esiste per via della presenza di masse.
Per semplificare il concetto possiamo dire che ogni pianeta che orbita intorno ad una stella ha una certa velocità di rotazione che dipende appunto dalla gravità. Bene, per alcuni di questi pianeti, si sono notate discrepanze: ovvero la loro rotazione è molto più veloce di quello che dovrebbe essere. Segno che c'è qualcosa che non si vede.
In realtà ciò venne osservato per la velocità orbitale di alcune stelle site in galassie a spirale (la loro velocità orbitale, seguendo la legge di Keplero, dovrebbe essere ben minore di quella osservata: segno che appunto c'è massa da qualche parte, anche se invisibile).
Un'altra prova sono le lenti gravitazionali: materia che curva la traiettoria della luce in transito (la materia visibile ordinaria non sarebbe sufficiente per creare queste curvature gravitazionali).


COSA VUOL DIRE ATTRAVERSARE L'ORIZZONTE DEGLI EVENTI?
Per prima cosa va sottolineato che la distanza dell'orizzonte degli eventi dal centro del Buco Nero, dipende dalla massa dello stesso. Minore è la massa e minore sarà la distanza e viceversa.
Considerando Buchi Neri supermassivi, dove la gravità superficiale è simile o poco superiore a quella terrestre (la gravità superficiale dei Buchi Neri è inversamente proporzionale alla loro massa. Per raggiungere la gravità superficiale terrestre, un Buco Nero dev'essere 1,54 trilioni di masse solari e mezzo anno luce di diametro). Immaginiamo un potente razzo che tenga in equilibrio un astronauta appena sopra l'orizzonte. Immaginiamo di calarlo con la nostra fune fino a qualche metro sopra l'orizzonte degli eventi e una volta lì, l'astronauta accenderà il suo razzo. L'osservatore esterno noterà però che il razzo dell'astronauta, una volta avvicinato sufficientemente all'orizzonte degli eventi, non avrà più l'accelerazione G sufficiente a tenerlo in equilibrio in quanto si sarà ridotta notevolmente per via della dilatazione temporale. Lo scarico del propellente sembrerà avvenire a una velocità notevolmente ridotta, fino a fermarsi del tutto in prossimità dell'orizzonte (del resto è risaputo che sull'orizzonte degli eventi il tempo è fermo, questo confine infatti demarca la fine del tempo).
Il destino dell'astronauta sarebbe quindi comunque segnato.
Ma che fine farebbe? Sicuramente non raggiungerebbe la singolarità gravitazione al centro del Buco Nero (in quanto occorrerebbe un tempo infinito), malgrado l'aumento smisurato della forza gravitazionale provocato dalle forze di marea (ma anche lo spazio si dilaterebbe aumentando la sua distanza progressivamente all'infinito). La caduta non avverrà mai, malgrado il movimento sarà sempre possibile. Le forze di marea ad un certo punto ridurranno le dimensioni della materia a 2 (non più 3) più il tempo.


VIAGGI NEL PASSATO
Superando la velocità della luce invece, come detto all'inizio, l'ordinamento degli eventi non sarebbe più il consueto: cioè s'invertirebbe causa ed effetto e quindi il "prima" con il "dopo".
Secondo Frank Tipler, un cilindro superdenso in rotazione sul proprio asse alla metà della velocità della luce poteva fungere da macchina del tempo.
Dietro questo concetto il fatto che se la rotazione fosse abbastanza rapida (e il cilindro infinitamente lungo), l'osservatore avrebbe potuto fare ritorno al suo punto di partenza prima di essere partito (una curvatura chiusa nello spazio sarebbe potuta diventare una curva chiusa anche nel tempo).
Il concetto di causa-effetto verrebbe meno perchè se un corpo di grande massa ruota rapidamente su sè stesso, verrebbe creato un vortice nello spazio che cattura la luce (per via del campo gravitazionale) obbligandola a muoversi su una linea chiusa. A livello locale la barriera della luce non viene infranta ma a livello globale, considerando l'intera rivoluzione, si (quindi un ipotetico viaggiatore sul cilindro raggiungerebbe una velocità super luminale). Ipoteticamente riuscendo a contrarre una massa maggiore a quella del sole e riducendone il diametro a circa 3 km, la distorsione temporale diventa infinita quindi il tempo rallenterebbe sino a fermarsi (orizzonte degli eventi).
Quindi un Buco Nero altro non è che un viaggio di sola andata perchè la regione al suo interno è al di là della fine del tempo. Una volta finiti in un Buco Nero, se si riuscisse ad uscire, lo si dovrebbe fare prima di essere caduti e ciò equivale a dire di essere stati proiettati indietro nel tempo.
Un buco nero con una massa poco più grande di quella del sole ha una gravità circa 100 miliardi di volte più intensa di quella solare ed uno spazio assolutamente incurvato!
Nei concetti recenti di viaggio del tempo, la proposta che va per la maggiore è il Wormhole (cunicoli di tarlo) che fornisce una scorciatoia tra due punti molto distanti nell'universo.
Spostandosi lungo il cunicolo, una persona da A riuscirebbe a raggiungere B, prima della luce che attraversa invece lo spazio ordinario.
Affinchè un cunicolo possa essere utilizzato come macchina del tempo dovrebbe avere un'entrata ed un'uscita: cioè la luce deve poter entrare ed uscire (in un buco nero ciò non avviene) dovendo essere deflessa verso l'esterno. Inoltre deve rimanere aperto abbastanza a lungo da essere percorso ed evitare le fortissimi forze gravitazionali (prodotte dalle masse come si sa) o superfici ad energia infinita.
Secondo Thorne questi problemi potevano essere risolti mediante l'antigravità che può essere prodotta dall'energia negativa. Si tratta di un'energia zero (nulla), questa condizione si verifica se non ci sono distorsioni spazio-temporali (spazio piatto). Va sottolineato che per antigravità non s'intende lievitazione: una scatola che contiene energia negativa sarebbe si soggetta, in teoria, ad un moto verso l'alto (repulsivo rispetto alla gravità) ma avendo massa negativa si muoverebbe comunque verso il basso (stessa direzione della gravità). Tuttavia un oggetto posto sulla scatola verrebbe scagliato verso l'alto. Tramite i cunicoli di tarlo, ipoteticamente, sarebbe possibile viaggiare sia nel futuro che nel passato. Cioè viaggiando da A a B è possibile viaggiare indietro nel tempo e spostandosi attraverso lo spazio ordinario si potrebbe ritornare in A prima di essere partiti.


COSTRUZIONE DI UNA MACCHINA DEL TEMPO
Si è detto che il segreto è riuscire a costruire un Wormhole (cunicolo spazio-temporale o detto di "tarlo"). Per approfondire: Macchine Del Tempo: Wormhole, Stringhe Cosmiche, Loop Temporali e Buchi Neri
Si pensa che nell'universo potrebbe essercene qualcuno, formatosi durante il Big Bang (il problema è che si tratta di oggetti "effimeri" cioè dalla durata molto breve proprio per l'ipotetica fisica che li governerebbe). Per costruire una macchina del tempo ho bisogno di un collisore, dispositivo di implosione, un dilatatore e un differenziatore.
Il collisore serve a creare un cunicolo spazio-temporale, che è come detto una scorciatoia nello spazio per raggiungere immediatamente luoghi anche molto distanti.
Vi sarebbero diversi modi per creare un cunicolo, alcuni poco pratici (come quello di utilizzare un buco nero), altri più agevoli per la nostra attuale tecnologia: per esempio avvalendoci della meccanica quantistica. I cunicoli spazio-temporali quantistici compaiono e scompaiono in continuazione.
La tecnica proposta da Davies prevede l’utilizzo un acceleratore per ioni pesanti allo scopo di creare una bolla di “plasma quark-gluoni”. Tutto ciò verrà immesso in un dispositivo di implosione, dal quale viene fornita energia alla bolla creata (che dovrà essere compressa di un fattore di miliardi di miliardi).
La bolla creata benchè abbia una temperatura di 10 trilioni di gradi rimane troppo bassa, per aumentarla dobbiamo comprimerla come detto fornendo energia (circa 10 miliardi di Joule, energia prodotta da una centrale elettrica in qualche secondo.
Il problema principale è riuscire a coinvolgere un'energia del genere su una massa estremamente piccola e compressa, un metodo potrebbe essere ad esempio quello di farla implodere tramite una serie di bombe termonucleari disposte a configurazione sferica (si creerebbe un campo magnetico sufficiente per far implodere la bolla quark-gluoni).
Il risultato sarebbe quello di generare un minuscolo buco nero o un cunicolo spazio-temporale, ovvero una minuscola sfera con densità di 10 elevato all'80esima potenza maggiore dell'energia nucleare.
Un altro problema riguarda come ottenere la compressione, a questo proposito può essere sfruttato i principi del campo d'Higgs o costruendo un acceleratore (grande però come il sistema solare!).
Successivamente è necessario ingrandire il cunicolo tramite energia negativa, generata ad esempio dal vuoto quantistico (il cosiddetto "effetto Casimir") tramite un dilatatore.
Come produrre energia negativa? Si prendono due lamine di metallo e le si dispongono (fisse) faccia a faccia. Il sistema lo si pone in una scatola di metallo (dalla quale vanno rimossi tutti i gas e particelle elettricamente cariche e neutra) alla temperatura di -273° (zero assoluto).
Tra le due lamine si formerà energia negativa!
Lo spazio tra le lamine non è un vuoto assoluto ma è popolato da fotoni virtuali che rimbalzano sulle lamine metalliche ma se conveniamo che lo spazio vuoto ha energia zero, la regione compresa tra le lamine deve avere energia negativa (si creerebbe una piccola forza di attrazione tra le lamine).
Quest'effetto del vuoto quantistico è in fase di studio per i sistemi di propulsione delle astronavi.
Energia negativa può essere prodotta anche da uno specchio con accelerazione crescente (ma l'effetto è molto piccolo) o da un laser (sorgente di luce coerente. Il laser è fatto passare da un cristallo di niobato di litio a forma di cilindro con le estremità arrotondate ed argentate in modo da riflettere la luce. Il cristallo produrrà un raggio secondario a una frequenza più bassa comprimendo la luce che fuoriuscendo avrà energia negativa inframezzata da energia positiva, quest'ultima ci creerebbe problemi non essendo possibile separarla da quella negativa che è l'unica che deve essere convogliata sul cunicolo). Secondo Visser comunque, per un cunicolo di 1 metro di diametro ci vorrebbe un'energia negativa equivalente alla massa di Giove quindi pur riuscendo a filtrare l'energia negativa da un laser da un milione di terawatt ci vorrebbe ugualmente un tempo molto più lungo dell'età dell'universo per accumulare tale energia. Ad ogni modo, l'energia negativa è prodotta in piccolissima parte anche dal campo gravitazionale terrestre. Anche i buchi neri non avendo superfici materiali ma solo spazio vuoto risucchia energia negativa a un ritmo di un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo Joule al secondo (nel caso di un buco nero delle dimensioni solari e con un diametro di 3 km ma tanto più piccolo è il buco nero tanto maggiore sarà la gravità e tanto più forte quindi l'energia negativa che lo circonda). Quindi un'idea, seppur molto poco realistica, sarebbe quella di utilizzare l'energia negativa di un buco nero. Ricordiamo che concettualmente stiamo cercando di creare vuoti per produrre energia negativa, visto che comunque i wormholes sono associati ad intensi campi gravitazionali è molto probabile che loro stessi creino tramite vuoti quantistici l'energia necessaria (quindi provocando l'auto-dilatazione). In definitiva il laser innesca il processo, scelta la forma appropriata del cunicolo, sarebbe poi la natura a fare il resto!
A questo proposito va sottolineato che l'energia negativa ha massa negativa (cioè queste masse accelerano nella stessa direzione della forza, al posto di allontanarsi) quindi la massa totale del wormhole sarebbe prossima a 0 (ciò comporta che il costo energetico sia appunto 0 o quasi!).
Ricapitolando il cunicolo deve essere di dimensioni adeguate per poterci entrare, la gravità moderata (per non esserne schiacciati), rimane però da risolvere il problema della lunghezza del tempo di viaggio (grossi cunicoli quindi sono da scartare).
Come ultimo step ci serve il differenziatore per trasformarlo in macchina del tempo.
Occorre quindi generare una sorta di “differenza di potenziale temporale” tra gli estremi del cunicolo ingrandito. Si può quindi utilizzare come differenziatore sia un campo gravitazionale che un acceleratore di particelle, per creare tramite la velocità o la gravitazione, una differenza temporale tra l’ingresso e l’uscita. Cioè al cunicolo è fornita una carica elettrica (sparando dentro elettroni): una delle due estremità rimane fissa e l'altra mediante un acceleratore di particelle è fatta ruotare ad una velocità prossima a quella della luce.
È chiaro però che il viaggio nel futuro/passato avrà come date di inizio e fine quelle relative al differenziale temporale creato agli estremi del cunicolo. In pratica, se si creasse oggi (tempo zero) il cunicolo, occorrerebbe aspettare un certo numero di anni per portare un’estremità ad una certa data e poterla poi usare, dapprima solo per tornare nel passato di x anni. In seguito il cunicolo si potrà poi attraversarlo nei due versi liberamente. Si verrebbe cioè a creare una sorta di vero e proprio “ponte spazio-temporale”. Un altro metodo è quello di usare come differenziatore una stella di neutroni, lasciando quindi un'estremità vicino alla stella di neutroni che produrrà una fortissima distorsione temporale gravitazionale. In poche parole su un'estremità il tempo scorrerà più lentamente dell'altra (guardando attraverso lo spazio esterno la differenza temporale tra le due estremità sarà notevole...e tramite il cunicolo sarà possibile tornare indietro di tot anni. D'altro canto però riportandoci in A dallo spazio normale, potremmo ritornare al punto di partenza prima di esser partiti. Dunque percorrendo una traiettoria chiusa nello spazio, si percorre anche un percorso chiuso nel tempo).
Più che parlare di viaggio indietro nel tempo, il viaggiatore compie uno spostamento nello spazio che termina nel passato.


PARADOSSI ED UNIVERSI PARALLELI
Illustrati i principi di funzionamento di un'eventuale macchina del tempo, le maggiori difficoltà si avrebbero nel viaggiare nel passato perchè sarebbero tanti i paradossi connessi.
Tornando indietro nel tempo (nel vero senso della parola), chi impedirebbe al crononauta di uccidere sua madre? O sua nonna? Se uccidesse sua madre prima della sua nascita stessa, il crononauta non sarebbe mai nato quindi non avrebbe mai potuto intraprendere il viaggio nel passato nè tantomeno costruire la macchina del tempo. E se il crononauta incontrasse se stesso qualche anno più giovane? E sei i due, tramite un'altra macchina del tempo, tornassero ulteriormente indietro nel tempo incontrando sè stessi ancora più giovane...be' il principio di conservazione di massa ed energia verrebbe violato!
Secondo i sostenitori della meccanica quantistica questi paradossi sono risolti dalla teoria dei multiversi (universi paralleli). La meccanica quantistica riguarda particelle subatomiche che si comportano in un certo modo (del tutto normale e prevedibile).
Nel momento in cui però provo a misurarne le proprietà o addirittura ad osservarle, cominciano ad accadere cose strane: elettroni che scompaiono e ricompaiono dal nulla o che si trovano in zone dove non dovrebbero esserci. Ecco, a scala macroscopica, il concetto è lo stesso.
Ogni volta che sono di fronte ad una scelta si crea un universo parallelo: se decido di svoltare a destra, ci sarà un altro me altrove che svolterà a sinistra e così via.
Esistendo infiniti universi paralleli, quando intraprendo un viaggio indietro nel tempo, finirò appunto in un universo parallelo. Se il viaggiatore uccidesse sua madre, la sua nascita sarebbe preclusa solo in quella linea tempo e non altrove (non ad esempio dall'universo dove sono partito).
E se creassi una macchina del tempo e poi non la usassi? Vale lo stesso discorso.
Nel momento in cui viene creata, in qualche universo parallelo ci sarà una copia di me stesso che la userà. Anche il principio di conservazione dell'energia e della massa è rispettato in quanto andando indietro nel tempo e creando copie di se stessi, si scompare di volta in volta da ogni linea tempo quindi la massa ed energia totale (complessiva di tutti gli universi paralleli) non cambia.


JET E SITUAZIONI PIU' O MENO REALI
Per viaggiare alla velocità della luce, l'ostacolo principale è il dispendio dell'energia: per accelerare un carico di 10 tonnellate al 99% della velocità della luce, occorrerebbe spendere un'energia di 10 miliardi di miliardi di Joule (e l'energia aumenta ulteriormente in base alla distorsione temporale).
Per via di questi motivi è assolutamente improbabile che la tecnologia dei razzi odierna possa permettere simili viaggi, a meno di non riuscire a sfruttare fonti di energia naturale presenti nello spazio. Per giungere al centro della nostra galassia occorrerebbero 25mila anni terrestri ma viaggiando ad una velocità di 0.25 della luce (un quarto) ce ne vorrebbe solo 10 di anni.
Comunque è stato calcolato che utilizzando un’astronave che viaggi al 99,99% della velocità della luce occorrerebbero meno di sei mesi per fare un balzo nel futuro di quasi 1000 anni!
Se voglio accelerare me stesso partendo da una situazione di quiete, raggiungendo metà della velocità della luce (150mila km/s), dovrò farlo in modo graduale per evitare che il mio corpo non venga fatto a pezzi dalla gravità. Per non essere spinto contro il sedile di un eventuale razzo ad una forza maggiore di 3G, la mia accelerazione non deve essere superiore al triplo dell'accelerazione verso il basso di oggetti in caduta libera sulla terra. Con quest'accelerazione, ammesso che sia possibile ottenerla, si impiegherebbe circa 5 milioni di secondi (2 mesi e mezzo) per raggiungere tale velocità.
Motori ad impulso possono essere alimentati dalla fusione nucleare (cioè la stessa che sul sole trasforma l'idrogeno in elio). Nelle reazioni a fusione viene convertita in energia l'1% della massa a disposizione (gli atomi di elio prodotti usciranno dagli ugelli del razzo ad una velocità di 1/8 rispetto a quella della luce). Usando questa velocità per i prodotti di scarico ed avendo accelerare ad una velocità 0.5 della luce avrò bisogno di un propellente d'idrogeno pari a 81 volte la sua intera massa.
Considerando una astronave di circa 4 milioni di tonnellate, ogni volta che userò il motore ad impulso, per accelerare la nave spaziale sino a 0.5C avrò bisogno di 300 milioni di tonnellate d'idrogeno.
Con un motore ad impulso di materia ed antimateria avrò bisogno di 8 milioni di tonnellate d'idrogeno (il doppio del peso della nave spaziale). E' possibile utilizzare un sistema di propulsione di un'astronave usando antimateria? Tenendo in considerazione che antimateria e materia a seguito di un loro contatto si annichiliscono (in origine durante il Big Bang prevalse la materia, fossero state particelle ed antiparticelle di uguale %, oggi non saremmo qui!) producendo radiazione, teoricamente è possibile. Il sistema di contenimento a bordo di una nave spaziale dovrebbe essere simile al collisore del Fermilab che immagazzina antiprotoni ed antielettroni (positroni) per lunghi periodi.
Ricordiamo che l'antimateria è identica alla materia ordinaria, se non per il fatto che la carica è opposta (l'elettrone è negativo, il suo corrispettivo il positrone è identico ma con carica positiva).
Il collisore è formato da anelli magnetici (in presenza di campi magnetici, le particelle seguono orbite circolari), esso tramite collisioni di media energia produce antiprotoni che poi vengono accumulati.
In ogni caso ipotizzando la creazione di 100 miliardi di antiprotoni all'ora e supponendo 6000 ore di funzionamento all'anno si potrebbero produrre all'anno circa 600 bilioni di antiprotoni.
Se tutti i 100 miliardi di antiprotoni potessero essere convertiti in energia avremmo una potenza di un 1/500 di watt quindi occorrerebbero 50mila sorgenti di antiprotoni per alimentare una singola lampadina ad incandescenza! Tornando comunque alla nostra astronave, per fermarsi avrà bisogno di un fattore di massa sempre di 81 quindi accelerazione e decelerazione portano un fattore più grande di 6561 volte la massa dell'astronave.
Però potrei ricavare il propellente raccattandolo nello spazio l'idrogeno (che del resto è l'elemento più abbondante nella galassia), peccato che mi occorrerebbero diametri di circa 40 km (ottenendo un centomilionesimo della potenza di propulsione richiesta).
Per raggiungere tale velocità in poche ore, occorrerebbe che i motori erogassero una potenza di 10 alla 22 watt (un miliardo di volte circa la potenza media totale usata per tutte le attività umane sulla terra!). Ecco perchè viaggi a simili velocità, a bordi di razzi, non sono pratici nè convenienti.