La costante di struttura fine (alpha): il codice PIN della Natura.

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In elettrodinamica quantistica (QED), ciò che è davvero bello è l'unificazione da essa proposta delle caratteristiche naturali della luce e della materia. Nella QED , se è vero che le onde costituenti la luce operano come particelle, è anche vero che le particelle costituenti la materia, ad esempio l'elettrone, si comportano come onde che si diffondono in una qualche regione dello spazio. Se riuscite a pensare agli elettroni e ai fotoni come minuscole particelle coinvolte in una partita di biliardo che segue le regole della meccanica quantistica, avrete l'essenza della QED.

Mentre le palle da biliardo continuano ad esistere, alcune particelle possono apparire e sparire. La capacità di irradiare o assorbire fotoni non è specifica dei soli atomi, ma è propria anche delle particelle elettricamente cariche. Ad esempio un elettrone, in un certo punto dello spazio, potrebbe emettere un fotone, che porta via energia e quantità di moto (la grandezza fisica definita come il prodotto della massa per la velocità). Quando questo fotone colpisce un'altra particella carica, la mette in moto. Così, secondo la QED, l'interazione elettromagnetica viene trasferita per l'azione dei fotoni, i quali vanno a sbattere contro altre particelle e, quasi a gomitate, le spingono. Una parentesi: Queste particelle transitorie o "virtuali", quali appunto i fotoni, non si manifestano direttamente nei rivelatori, ma la loro presenza è dimostrata da altri fenomeni. Oggi sappiamo che esse non sono soltanto frutto dell'immaginazione perché è possibile progettare esperimenti in cui le particelle virtuali si trasformano in altre che sono osservabili direttamente. Ad esempio, due fotoni virtuali possono scontrarsi e mutare nella coppia elettrone-positrone. Chiusa parentesi.

Quando i fotoni e gli elettroni si scontrano, si fondono e si separano e la QED codifica la probabilità della loro interazione in un numero, indicato con la lettera greca alpha. Secondo la QED , alpha è espresso in funzione della velocità della luce (c), della costante di Planck (h) e della carica elettrica (e). Essa quindi stabilisce in modo estremamente persuasivo la relazione tra le grandi teorie del XX secolo: la relatività speciale (per la presenza di "c") e la teoria dei quanti (per la presenza di "h"). L'allettante caratteristica della formula è data dal fatto che la particolare combinazione di queste quantità, alpha, è un numero puro, adimensionale. Questo numero definisce la scala degli oggetti naturali: le dimensioni degli atomi e di tutte le cose che sono formate da atomi, l'intensità e i colori della luce, l'intensità delle forze elettromagnetiche e il tasso metabolico della vita stessa. Controlla e ordina tutto ciò che vediamo. Sperimentalmente se ne è individuato il valore, che risulta essere: 0,00728. Esso non sembra molto interessante finché non si scopre che il suo inverso (ossia 1/0,00728) ha quasi esattamente il valore di un numero intero: 137. Poco dopo la sua scoperta, il numero ha acquisito un'aurea di mistero esoterico, che ha affascinato e continua ad affascinare i fisici. Sembra che, in 137, per dirla con Frank Close: "la scienza abbia trovato il codice PIN della Natura".

Negli anni Trenta, a Cambridge (nel Regno Unito), l'astronomo Arthur Eddington, sedotto da questa numerologia, divenne il propugnatore di una sorta di culto pitagorico. Egli elaborò un sistema di sedici equazioni, coinvolgenti varie costanti fondamentali, con le quali sperava di costruire una "Teoria dell'Universo". Ha quindi sostenuto che il valore di alpha poteva essere dedotto dal seguente calcolo: (16 x 16 - 16)/2 + 16; che dà come risultato 136. Quando i dati sperimentali indicarono che il valore di alpha era più prossimo a 137, Eddington sostenne che era necessario aggiungere ai parametri usati per descrivere le particelle, un ulteriore "grado di libertà" e disinvoltamente riuscì ad ottenere 137 dalla seguente somma: 136 + 1. Oggi sappiamo che l'inverso di alpha non è esattamente 137 e soprattutto che questo valore non ha alcuna connotazione mistica. Nessuna di queste realtà sperimentali era nota nel 1928, quando Dirac prima elaborò la sua equazione per descrivere l'elettrone e poi ne ampliò il significato includendovi l'interazione tra un elettrone e un campo magnetico. 
Il fisico Wolfgang Pauli collaborò con lo psicologo svizzero Carl Gustav Jung in un infruttuoso tentativo di trovare il profondo significato del suo valore. Lo stesso Richard Feynman lo descrive come "uno dei più grandi tra i dannati misteri della fisica: un numero magico che ci arriva senza una possibilità di comprensione da parte dell'uomo"; aggiungendo che se "la mano di Dio" ha scritto quel numero, noi "non sappiamo come Egli abbia usato la matita". Questo sguardo alla "mano di Dio" ha stuzzicato i fisici e i mistici per ottant'anni. Di recente abbiamo scoperto però dove potremmo trovare una spiegazione, una risposta finale ad uno dei grandi misteri nel campo della fisica: forse nei futuri esperimenti con il Large Hadron Collider (LHC) al CERN di Ginevra (dove l'energia in gioco per le collisioni tra particelle ha già raggiunto, poche settimane fa, i 14 TeV).

Bibliografia:

- L'enigma dell'infinito, di Frank Close, Einaudi, Torino, 2013. 

Le oche di Bletchley Park e la Macchina Enigma: l'importanza della ridondanza, nella Teoria dell'Informazione.

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Nel febbraio 1918, l'inventore tedesco Arthur Scherbius brevettò una macchina per cifrare "inviolabile", che si sarebbe guadagnata ben presto una reputazione infame in tutto il mondo: Enigma. Questa macchina criptava i messaggi servendosi di un metodo ingegnoso. Era così complesso che la maggior parte dei matematici e dei crittografi dell'epoca pensavano che non valesse neanche la pena cercare di risolverlo. La macchina di Scherbius assomigliava più o meno ad una macchina da scrivere super-accessoriata. Premendo un tasto, però, non si sarebbe ottenuto un segno su un pezzo di carta, ma si sarebbe accesa una lampadina sulla macchina. Premendo il tasto della lettera "A", per esempio, si sarebbe accesa la lampadina corrispondente alla lettera "F". Premendo nuovamente la "A", però, si sarebbe accesa la "S", la "O" o la "P". Ciò accadeva perché il cuore della macchina di Scherbius era costituito da una serie di rotori meccanici. Ogni volta che si schiacciava una lettera, i rotori si mettevano in movimento, e avanzavano di uno scatto. Al cambio di posizione dei rotori corrispondeva una variazione della cifratura. Ogni volta che si digitava una lettera, quest'ultima veniva codificata in maniera diversa. Era come se la macchina Enigma cambiasse cifratura ogni volta che veniva premuto un tasto.

La maggior parte dei modelli di Enigma usava tre rotori (qualche modello ne aveva quattro), ognuno dei quali ritornava all'orientazione originale dopo 26 scatti. I rotori, ognuno dei quali era sistemato in una delle tre (o quattro, a dipendenza del modello) guide disponibili, potevano essere configurati in molti modi diversi. C'erano anche fili, connettori e altri elementi che potevano essere modificati. In tutto, una macchina Enigma standard a tre rotori poteva essere configurata in più di trecento milioni di milioni di Googol (1 Googol = 10^100) di modi diversi. Se vi arrivasse un messaggio cifrato da Enigma, dovreste indovinare in quale delle 3 x 10^114 configurazioni si trovava la macchina dell'addetto alla codifica, quando quest'ultimo ha cominciato a comporre il messaggio. La forza bruta è fuori discussione; non c'è modo di provare tutte le 3 x 10^114 configurazioni a mano. Se ogni atomo dell'Universo fosse una Macchina Enigma, e ognuno di essi stesse provando un milione di miliardi di combinazioni al secondo dall'inizio dell'Universo fino ad ora, il numero di configurazioni analizzate sarebbe appena l'uno per cento di tutte quelle possibili! Dunque, non c'è da stupirsi se Enigma aveva la fama di essere inviolabile. Fortunatamente però, per la civiltà occidentale, non lo era. 

Uno dei segreti meglio conservati della guerra fu un gruppetto di decifratori in una tenuta vittoriana: Bletchley Park, nel Buckinghamshire, nel Regno Unito. In seguito, Winston Churchill avrebbe definito i suoi membri: "le oche che facevano le uova d'oro, ma che non starnazzavano mai"; e Alan Turing era l'oca più famosa di tutte. Partendo dal lavoro svolto da alcuni matematici polacchi, Turing e i suoi colleghi di Bletchley Park, sfruttarono la ridondanza dei messaggi codificati da Enigma per estrarre l'informazione nascosta. Alcuni difetti presenti nel sistema di cifratura di Enigma inserivano una certa ridondanza nei messaggi codificati, contribuendo ad indebolire il codice. Alcuni di questi difetti erano dovuti alla struttura di Enigma (ad esempio, la Macchina Enigma non lasciava mai inalterata una lettera: una "E" criptata avrebbe potuto essere qualsiasi lettera tranne che una "E"; e questo forniva un'informazione, per quanto minima, sulla natura del messaggio). Altri difetti erano legati al metodo di comunicazione dei tedeschi (i decifratori di Bletchley Park riuscirono a sfruttare la prevedibilità dei bollettini meteo criptati per trovare il codice che li mascherava. Anche questa, come la prevedibilità del linguaggio, era una forma di ridondanza). Tutti insieme, questi difetti permisero  a Turing e ai suoi colleghi di decifrare i messaggi in codice di Enigma, mediante una serie di macchine calcolatrici primitive, costruite appositamente e note con il nome di "bombe" (vennero chiamate così a causa del ticchettio sinistro che producevano durante i calcoli). Alla fine, decrittare un messaggio di Enigma diventò per Turing e per le altre oche di Bletchley Park una questione di poche ore (nulla a che vedere con i miliardi di miliardi di anni che sarebbero stati necessari per analizzare in maniera ottusa il sistema di cifratura di Enigma). Il sistema infatti, lasciava trapelare l'informazione e i decifratori di Bletchley Park riuscirono a leggerla nonostante Enigma l'avesse nascosta.

La comprensione di Enigma dette una svolta decisiva alla guerra nell'Atlantico. Nelle prime fasi della Seconda Guerra Mondiale, la flotta degli U-Boot tedeschi era sul punto di strangolare il sistema di difesa delle isole britanniche. Il primo ministro Winston Churchill scrisse in seguito: "la sola cosa che mi spaventò veramente durante la guerra, fu il pericolo rappresentato dagli U-Boot". Nella seconda metà del 1940, l' "era felice" della Marina nazista, gli U-Boot dell'Atlantico colarono a picco navi e merci per mezzo milione di tonnellate al mese, riuscendo quasi a mettere in ginocchio la Gran Bretagna. Ma i decifratori di Enigma fecero cambiare le cose. Dal momento che le comunicazioni degli U-Boot erano codificate con la versione navale di Enigma, gli uomini di Bletchley Park aiutarono le forze anti-sommergibili britanniche a dare la caccia a quegli U-Boot che avevano causato tanti danni alla loro nazione, contribuendo così alla vittoria finale. 

La crittoanalisi di Enigma fu l'ultimo grande sforzo di decifrazione compiuto prima che gli scienziati imparassero a definire l'informazione, a maneggiarla e ad analizzarla. Senza rendersene realmente conto, gli esperti di Bletchley Park stavano sfruttando la natura palpabile e irriducibile dell'informazione. Servendosi di ridondanze, algoritmi di calcolo e manipolazioni matematiche, erano penetrati nel codice e ne avevano estratto l'informazione che vi si celava. In un certo senso, la decodifica di Enigma fu la stella cometa che annunciava la nascita simultanea dell'informatica e della Teoria dell'Informazione (e le idee di Turing sarebbero state una parte importante di entrambe).

Bibliografia:

- "La scoperta dell'Universo. I misteri del cosmo alla luce della teoria dell'informazione", di Charles Seife, Bollati & Boringhieri, Torino, 2011.

Sottovalutare le leggi del ...caso.

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La seguente storia è stata raccontata da Carl Sagan, nel libro: "Il mondo infestato dai demoni".

Enrico Fermi, giunto negli Stati Uniti, fu presentato ai vertici dell'esercito americano. Qualcuno gli riferì che un certo personaggio era un grande generale ed egli volle sapere quale fosse la definizione di grande generale. Si trattava, risposero, di un generale che aveva vinto molte battaglie consecutive. Fermi non si accontentò del generico "molte" e volle conoscere "quante" battaglie consecutive era necessario vincere per guadagnarsi il titolo di grande generale. L'interlocutore, dichiarò che la vittoria di cinque battaglie consecutive ne rappresentava la condizione. Fermi chiese allora quanti generali americani potevano considerarsi "grandi": seppe così che si trattava di una piccola frazione. Diciamo il due o il tre per cento. Ebbene, osservò allora Fermi, ammettiamo per un attimo che la vittoria in una battaglia dipenda esclusivamente dal caso e non dall'abilità del generale. La probabilità di vincere una battaglia sarebbe, in tal caso, pari a 1/2; quella di vincerne cinque consecutive sarebbe allora uguale a (1/2)^5, vale a dire al tre per cento. Dobbiamo aspettarci, dunque, che un certo numero di ufficiali americani abbia vinto cinque battaglie consecutive per puro caso. Davvero costoro sarebbero "grandi generali"? 

La storia che segue si deve a Morris De Groot e affronta la questione con la limpida chiarezza, tipica dei racconti esemplificativi. Supponete che un sedicente esperto di finanza, desideroso di farsi strada, vi scriva una lettera in cui afferma di poter prevedere l'andamento della borsa. Piuttosto critici, pensate immediatamente che, se avesse realmente questo talento, se ne servirebbe egli stesso senza sentire la necessità di informarne il prossimo. Ammettiamo invece che subiate il fascino del mistero (o che siate semplicemente avidi) e decidiate di dargli retta. Nella lettera, recapitatavi il lunedì mattina, il nostro personaggio prevede che un certo titolo azionario il lunedì successivo aumenterà di valore. Non vi chiede nulla se non di verificare la correttezza della sua previsione. Supponete, ora, che effettivamente quel titolo azionario il lunedì successivo aumenti la quotazione. Immaginate anche che vi arrivi una seconda lettera, dove il nostro amico dichiara che lo stesso titolo il lunedì successivo subirà un calo ed effettivamente questo accada. Facciamo l'ipotesi che questa storia proceda per sette settimane consecutive: immaginate, intendo dire, che il nostro esperto di finanza vi invii gratuitamente per sette volte previsioni sull'andamento di un dato titolo azionario e queste previsioni si rivelino, a posteriori, tutte esatte. Quando vi invierà ancora una lettera, chiedendovi molto denaro per comunicarvi la sua ottava previsione, cosa farete? Vi sconsiglierei vivamente di dargli retta, nonostante le apparenze. 

Valutiamo la probabilità che sette previsioni in sequenza siano corrette per puro caso. Si tratta di un conto molto semplice. Se le previsioni venissero formulate con il lancio di una moneta, la probabilità di indovinare una singola previsione sarebbe uguale a 1/2; in quell'ipotesi infatti si indovinerebbe in media una volta ogni due. La probabilità di indovinare, per caso, per sette volte consecutive l'andamento del titolo azionario è uguale al prodotto delle probabilità delle singole previsioni: vale a dire, un (1/2)^7 = 0,008. Siccome questa probabilità è estremamente piccola e voi avete assistito proprio a una sequenza di sette previsioni corrette, potreste erroneamente concludere che il vostro esperto non si affida affatto al caso ma possiede un potere che gli consente di prevedere il futuro. A differenza dei "grandi generali" di Fermi, forse egli è proprio un "grande indovino". La sensazione, però, è che ci sia sotto qualcosa che non va: e il trucco è estremamente semplice. Il nostro presunto esperto ha ottenuto il risultato, all'apparenza sorprendente, di prevedere il futuro, utilizzando un'idea nota a chiunque abbia un'infarinatura di statistica. Una disciplina da non sottovalutare. La scienza ci insegna inoltre che non sempre, di fronte a uno strano fenomeno, noi disponiamo di tutte le informazioni necessarie per poterlo valutare correttamente.

Ragioniamo: l'esperto ha inviato, in quel famoso lunedì, ben 128 lettere simili a quella ricevuta da voi, eccetto un piccolo e importante particolare. In metà di quelle lettere infatti (64), la previsione relativa al titolo azionario era esattamente opposta a quella indicata nella vostra e nelle 63 rimanenti. A questo punto egli ha aspettato il lunedì successivo. Appena ha appreso come si era comportato il titolo azionario, egli ha abbandonato tutti i potenziali clienti a cui aveva inviato una previsione sbagliata e si è concentrato sui 64 che hanno ricevuto quella corretta. Il nuovo gruppo viene a questo punto suddiviso in due gruppi di 32 individui a cui inviare la seconda previsione; la quale, naturalmente, sarà ancora tale da coprire tutte le possibilità. Per metà il titolo aumenterà il suo valore, per l'altra metà lo diminuirà o resterà invariato. Procedendo in tal modo, per bisezioni successive, e scartando tutti i soggetti ai quali ha inviato previsioni sbagliate, egli otterrà il risultato desiderato con una persona (voi, diciamo). Se questa persona sarà disposta a pagare per conoscere l'andamento di quel titolo per l'ottava volta (e se verrà informata della crescita del valore di quel titolo), presumo che investirà del denaro sullo stesso con uguale probabilità di perdere o guadagnare. L'unico risultato sicuro è un guadagno per l'esperto imbroglione! 

Bibliografia:

- Sfere di cristallo, riflessioni su caso e predizione, di Maurizio Dapor, Ed. La Stampa, Torino, 1999. 

Primo inchiostro conduttore per tessuti ...per fabbricare abiti-computer!

Fonte: ANSA Scienze

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E' pronto il primo inchiostro conduttore ed elastico per i tessuti, che permette di fabbricare abiti-computer. Finora inchiostri simili erano stati ottenuti solo per plastica o carta. Le prime applicazioni in programma potrebbero riguardare l'abbigliamento sportivo. Descritto sulla rivista Nature Communications, si deve al gruppo di ricerca coordinato da Takao Someya dell'università di Tokyo.

Il prototipo ottenuto è un tessuto-sensore, simile a un cerotto, da incollare sul braccio, che serve a misurare l'attività dei muscoli e che potrebbe essere usato per esempio per realizzare abiti elettronici destinati agli sportivi. Il risultato apre le porte anche ad abiti in grado di misurare la frequenza cardiaca.

L'attuale elettronica stampata su carta o plastica, dai transistor ai led, ai pannelli solari, tende ad essere troppo rigida e si presta poco alla stampa su tessuto che permette invece di ottenere dispositivi elettronici completamente inglobati nei vestiti.
Inoltre i tentativi fatti finora di ottenere inchiostri elettronici stampabili sui tessuti hanno richiesto complesse procedure di stampa, con più passaggi sulla stoffa. Il nuovo inchiostro, invece, richiede un unico passaggio per stampare elettrodi e fili: è composto di fiocchi di argento, solvente organico, gomma al fluoro e fluoro tensioattivo. Dopo la stampa, l'inchiostro resta altamente conduttivo anche quando è allungato per oltre tre volte la sua lunghezza iniziale, che è un record di estensibilità per i materiali elastici elettronici.

''La più grande sfida - rileva Someya - è stata ottenere con un unico processo di stampa, un inchiostro che contemporaneamente abbia elevata conducibilità ed elasticità''. E' stato possibile ottenere questo risultato, prosegue l'esperto, usando un tensioattivo che permette ai fiocchi di argento di auto-assemblarsi sulla superficie durante la stampa.

Creato il primo neurone artificiale: la Singolarità ...è ormai inevitabile!

Fonti: TGcom.24

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Il cervello del futuro è sempre più vicino. Un gruppo di ricercatori del Karolinska Intitutet di Stoccolma, in Svezia, ha dato vita in laboratorio a un neurone artificiale in grado di ricevere e trasmettere a sua volta segnali chimici, comportandosi proprio come una cellula naturale. Non è formato da parti "viventi", ma da una plastica conduttiva capace di veicolare impulsi elettrici. Utilizzando il neurone artificiale, si potrebbe studiare e addirittura "riparare" i danni causati da disordini e patologie che colpiscono il cervello.

Azione interna - Il meccanismo di trasmissione dei segnali cerebrali riprodotto dal neurone realizzato in Svezia rappresenta una nuova importantissima speranza nella ricerca sui disturbi neurologici: quando questo processo di comunicazione si interrompe, infatti, possono sorgere gravi patologie come il morbo di Parkinson o l'epilessia. Ma non solo. Il neurone artificiale potrebbe addirittura "riparare" le zone danneggiate da questi disturbi. E questo grazie alla sua azione mirata che parte "dall'interno" e non si basa su una stimolazione esterna come i metodi utilizzati finora, i quali vanno a colpire anche le cellule non interessate dal disturbo in maniera indiscriminata.

Contro i disturbi neurologici - Il prossimo obiettivo dei ricercatori svedesi è quello di "miniaturizzare il dispositivo rendendolo adatto a essere impiantato nel corpo umano". In questo modo, si legge nell'articolo pubblicato sulla rivista Biosensors and Bioelectronics, sarà possibile inserire cellule artificiali nell'organismo per ripristinare le zone danneggiate con interventi mirati "intelligenti" o controllati via wireless dagli stessi scienziati.

L'Universo multi-dimensionale di David Bohm.

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Per questo articolo avrei voluto scrivere il seguente titolo: "Dalla Teoria a Molti Mondi di Hugh Everett III, alla Teoria delle Stringhe, passando per l'Universo multi-dimensionale di David Bohm", ma mi sembrava un po' troppo lungo e quindi poco idoneo/conforme alle "regole del web". Tra gli stringhisti, credo che i meno scettici nei confronti dell'ipotesi di Everett, vedrebbero di buon occhio l'ipotesi di Bohm (sempre meno citata in ambito accademico, negli ultimi 10-15 anni, per ragioni che mi sfuggono; ma tuttavia in sintonia con gli ultimi sviluppi della Teoria delle Stringhe). Secondo il Principio Olografico di Bohm, l'Universo non esiste solo nella forma tridimensionale che ci è familiare (o quadrimensionale, se includiamo anche il tempo, secondo il modello della Relatività Generale); esso sarebbe invece un Universo che si estende/dirama in infinite dimensioni (che ovviamente includono la sua totalità). Nel contesto quantistico, questa ipotesi fornisce un buon modo per comprendere lo strano effetto della causalità non-locale previsto dall'esperimento EPR e verificato nei successivi esperimenti sull'ipotesi di Bell. 

Immaginiamo un acquario con due telecamere poste ad angolo retto tra loro, con gli obiettivi puntati sulla vasca. Le immagini riprese dalle telecamere sono proiettate su due schermi televisivi A e B. La telecamera A riprende frontalmente un pesce che nuota nella vasca e l'immagine viene trasmessa dal televisore A. Analogamente, la telecamera B riprende lateralmente il pesce e ne trasmette l'immagine sul televisore B. Supponiamo ora di non sapere nulla delle telecamere e dell'acquario e consideriamo il pesce come una particella elementare. Che cosa pensate della relazione tra le immagini dei due schermi? Probabilmente concludereste che erano due particelle che interagivano in qualche modo. Notereste, per esempio, che quando il pesce-particella A gira ad angolo retto, il pesce-particella B ruota in senso opposto.

Forse questa è una correlazione nello spin del pesce-particella? Uno scienziato ingegnoso potrebbe inventare una teoria che descriva e preveda molto accuratamente la relazione tra i due pesci-particella, ma la sua teoria si baserebbe su una illusione. Non ci sono affatto due pesci correlati casualmente tra loro. Il problema sta nel fatto che lui vede il pesce solo in due dimensioni (lo schermo bidimensionale del televisore), mentre la realtà dalla quale provengono le immagini è una "realtà multi-dimensionale", a tre dimensioni. In questa realtà tridimensionale c'è un solo pesce, una singola entità. L'ambiente tridimensionale contiene in se stesso le immagini bidimensionali apparentemente correlate, ma è una realtà essenzialmente differente. 

Bohm paragona questa situazione all'esperimento EPR. La differenza sta nel numero di dimensioni coinvolte. Nell'esperimento EPR, ciascuna delle particelle gemelle ha tre dimensioni spaziali e quindi complessivamente vi sono sei dimensioni. Quando le particelle gemelle sono molto distanti fra loro, esse appaiono ancora , nella nostra realtà tridimensionale, correlate, come il pesce-particella. Vediamo la correlazione ma non siamo in grado di stabilire la connessione causale. Come fa una particella ad influenzare l'altra a tale distanza? La risposta, secondo Bohm, sta nella dimensione più elevata: la sesta (per essere precisi). In questa realtà di dimensione più elevata ci possiamo rendere conto che due cose separate sono una sola unità, come il pesce-particella è una singola unità nella più elevata dimensione del suo acquario. Talvolta, sostiene Bohm, gli atomi (o ciò che gli scienziati considerano tali) si comporteranno come entità relativamente indipendenti ed è conveniente trattarli come se fossero proprio entità separate interagenti tra loro nello spazio tridimensionale. Altre volte gli scienziati si troveranno di fronte al fatto che gli atomi sono proiezioni di una realtà di dimensione più elevata (cioè espressioni di ordini implicati). Per esempio, a temperature estremamente basse (vicine allo zero assoluto), smettono di comportarsi come se fossero indipendenti e presentano una proprietà chiamata: superconduttività; dove la corrente elettrica può fluire senza resistenza. Gli elettroni aggireranno gli ostacoli cooperando, senza essere diffusi (un fenomeno analogo avviene nella superfluidità e nella luce laser). Il numero di realtà di dimensione più elevata è teoricamente infinito. Per esempio, un oggetto che contenga 10^24 particelle atomiche, ha 3 x 10^24 dimensioni spaziali. Ovviamente questo modello mette a disposizione di Bohm ancora un altro modo, scientificamente più efficace, per visualizzare il suo concetto di ordine implicato-esplicato: esso è il processo di inviluppo e di sviluppo di un maggior numero di dimensioni implicate nel nostro familiare ordine esplicato dello spazio tridimensionale. 

L'ologramma, prodotto da un campo elettromagnetico, obbedisce alle leggi della meccanica quantistica, e la matematica della meccanica quantistica si basa sul concetto di realtà multidimensionale. Bohm mostra come questo sistema matematico, che i fisici generalmente trattano solo come una formulazione astratta (escludendo a priori tutte le possibili dimensioni aggiuntive, con lo stratagemma del collasso della funzione d'onda), permetta di penetrare in qualcosa di potenzialmente "reale". Esso è in grado di fornire un tipo di immagine della realtà subatomica che la meccanica quantistica non coglie (o ignora di proposito), sebbene Bohm sottolineò che anche questa idea di una realtà multidimensionale debba in ultima analisi essere trattata come un'astrazione: un'astrazione dimensionale più elevata.

Per Bohm, la realtà multidimensionale è una totalità indivisa che si estende attraverso l'Universo e comprende tutto quello che gli scienziati chiamano particelle e campi. L'olomovimento si inviluppa e si sviluppa in un ordine multidimensionale dal quale si possono talvolta estrarre e studiare le subtotalità. Bohm tratta anche il tempo come una realtà di dimensione più elevata, ...ma questa è un'altra storia.

Bibliografia:

- L'Universo oltre lo specchio, di J.P. Briggs e F.D. Peat, RED edizioni, Como. 

Quando i bit di informazione si trasformano ...in energia!

Physicists in Japan have shown experimentally that a particle can be made to do work simply by receiving information, rather than energy. They say that their demonstration, which uses a feedback system to control the electric potential of tiny polystyrene beads, does not violate the second law of thermodynamics and could in future lead to new types of microscopic devices.
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Maxwell's demon hard at work?
 

The experiment, carried out by Shoichi Toyabe of Chuo University in Tokyo and colleagues, is essentially the practical realization of a thought experiment proposed by James Clerk Maxwell in 1871. Maxwell envisaged a gas initially at uniform temperature contained in a box separated into two compartments, with a tiny intelligent being, later called "Maxwell's demon", controlling a shutter between the two compartments. By knowing the velocity of every molecule in the box, the demon can in principle time the opening and closing of the shutter to allow the build-up of faster molecules in one compartment and slower ones in the other. In this way, the demon can decrease the entropy inside the box without transferring energy directly to the particles, in apparent contradiction of the second law of thermodynamics.
Among the many responses to this conundrum was that of Leó Szilárd in 1929, who argued that the demon must consume energy in the act of measuring the particle speeds and that this consumption will lead to a net increase in the system's entropy. In fact, Szilárd formulated an equivalence between energy and information, calculating that kTln2 (or about 0.69 kT) is both the minimum amount of work needed to store one bit of binary information and the maximum that is liberated when this bit is erased, where k is Boltzmann's constant and T is the temperature of the storage medium.

Spiral staircase

Toyabe and colleagues have observed this energy-information equivalence by varying an electric field so that it represents a kind of spiral staircase. The difference in electrical potential between successive steps on the staircase is kT, meaning that a thermally fluctuating particle placed in the field will occasionally jump up a step but more often than not it will take a step downwards. What the researchers did was to intervene so that whenever the particle does move upwards they place the equivalent of a barrier behind it, preventing the particle from falling beyond this point. Repeating the process allows it to gradually climb the staircase.
The experiment consisted of a 0.3 µm-diameter particle made up of two polystyrene beads that was pinned to a single point on the underside of the top of a glass box containing an aqueous solution. The shape of an applied electric field forced the particle to rotate in one direction or, in other words, to fall down the potential-energy staircase. Buffered by the molecules in the solution, however, the particle every so often rotated slightly in the opposite direction, allowing it to take a step upwards.
By tracking the particle's motion using a video camera and then using image-analysis software to identify when the particle had rotated against the field, the researchers were able to raise the metaphorical barrier behind it by inverting the field's phase. In this way they could gradually raise the potential of the particle even though they had not imparted any energy to it directly.

Quantifiable breakthrough

In recent years other groups have shown that collections of particles can be rearranged so as to reduce their entropy without providing them with energy directly. The breakthrough in the latest work is to have quantified the conversion of information to energy. By measuring the particle's degree of rotation against the field, Toyabe and colleagues found that they could convert the equivalent of one bit information to 0.28 kTln2 of energy or, in other words, that they could exploit more than a quarter of the information's energy content.

Processes taking place on the nanoscale are completely different to those we are familiar with, and information is part of that picture Christian Van den Broeck, University of Hasselt

The research is described in Nature Physics, and in an accompanying article Christian Van den Broeck of the University of Hasselt in Belgium describes the result as "a direct verification of information-to-energy conversion" but points out that the conversion factor is an idealized figure. As he explains, it regards just the physics taking place on the microscopic scale and ignores the far larger amount of energy consumed by the macroscopic devices, among them the computers and human operators involved. He likens the energy gain to that obtained in an experimental fusion facility, which is dwarfed by the energy needed to run the experiment. "They are cheating a little bit," joked Van den Broeck over the telephone. "This is not something you can put on the shelf and sell at this point."
However, Van den Broeck does believe that the work could lead to practical applications within perhaps the next 30 or 40 years. He points out that as devices get ever more miniature the energy content of the information used to control them – kT at room temperature being equivalent to about 4 × 10^–21 J – will approach that required to operate them. "Nobody thinks of using bits to boil water," he says, "but that would in principle be possible at nanometre scales." And he speculates that molecular processes occurring in nature might already be converting information to energy in some way. "The message is that processes taking place on the nanoscale are completely different from those we are familiar with, and that information is part of that picture."

Source: http://physicsworld.com/cws/article/news/2010/nov/19/information-converted-to-energy

About the author

Edwin Cartlidge is a science writer based in Rome.

Fundamental Principle of Information-to-Energy Conversion
(by Antonio Alfonso-Faus ): http://arxiv.org/abs/1401.6052