Helen Czerski e la fisica quotidiana

In principio fu la marmellata. Quella di mirtilli che Helen Czerski aveva deciso di preparare con i frutti dei boschi del Rhode Island, dove si trovava per lavoro. «Già pregustavo la gelatina blu che avrei spalmato sul pane tostato, e rimasi molto delusa quando vidi che la marmellata era diventata rosa» racconta la 39enne fisica di Manchester, docente al Dipartimento di Ingegneria dell’University College di Londra. Un altro avrebbe alzato le spalle e se ne sarebbe fatto una ragione, ma non lei. «Studiai la cosa e capii che il cambiamento di colore era provocato dall’aggiunta del succo di limone necessario per far addensare la gelatina. L’acidità aveva modificato la forma delle molecole del pigmento dei mirtilli, facendo sì che non assorbissero più tutta la luce meno il blu, bensì tutta la luce meno il rosso». Insomma, nell’umile marmellata erano avvenute complesse reazioni fisico-chimiche, che avevano portato a una diversa interazione quantistica fra materia e luce, una cosa simile a quella che accade alla luce delle stelle, che cambia a seconda dello stato fisico dei gas che attraversa.

«Quel giorno ho cominciato a chiedermi: ma perché per divulgare la fisica, invece di parlare di quark e buchi neri, non usiamo oggetti e fenomeni di tutti i giorni, visto che illustrano altrettanto bene le leggi che regolano l’Universo?». L’idea l’ha portata lontano: usando questo metodo in incontri pubblici si è fatta notare dalla Bbc e, dal 2012, è un volto notissimo di programmi come The Spirit of Science, Orbit e Operation Iceberg. «Il mio lavoro principale è studiare le onde marine. Ma penso sia importante che la divulgazione sia affidata a persone con una seria conoscenza della scienza e decise a spiegarla correttamente: non si deve semplificare troppo, perché significherebbe sminuire l’intelligenza di chi ti ascolta, ma bisogna anche evitare di essere troppo tecnici e pomposi, cosa che spesso nasconde la pigrizia dell’evitare lo sforzo che richiede la chiarezza».

Se non avete mai visto Helen Czerski in tv, potete farvi un’idea leggendo La tempesta in un bicchiere (Bollati Boringhieri), dove la ricercatrice spiega l’Universo senza quasi uscire di casa. Il titolo italiano però non è del tutto fedele: nell’originale, The Storm in a Teacup, la tempesta si svolge in realtà in quella tazza di tè a cui l’autrice, da brava inglese, non rinuncia mai. «Camminando con la tazza fra la cucina e lo studio, ho notato che le onde che si formavano nel tè lo facevano traboccare solo quando la loro frequenza era sincronizzata con il mio passo, e che quindi potevo evitare disastri o variando l’andatura o variando il diametro della tazza. Questo fenomeno si chiama risonanza e vale per tutte le onde e può avere anche conseguenze drammatiche: nel terremoto di Città del Messico del 1985 caddero molti palazzi fra 5 e 20 piani, quelli cioè che oscillavano con la stessa frequenza delle onde del terremoto, che così a ogni passaggio li spingevano di più, fino a farli crollare».

Visto che con il tè a Czerski  piace il pane tostato, ecco anche il tostapane diventare grande fonte di ispirazione. «È affascinante vedere le resistenze diventare di un rosso sempre più chiaro via via che si scaldano: non stanno solo scaldando l’aria ma rilasciano energia sotto forma di luce. E questa luce è un termometro: possiamo capire quanto sia calda la resistenza semplicemente guardando il suo colore. Il rosso brillante significa che l’interno del tostapane ha raggiunto i mille gradi. E, come prevede una legge fisica, tutto ciò che si trova a questa temperatura ha la stessa tonalità di rosso. Le braci di carbone giallo brillante si trovano a 2.700 gradi, una temperatura a cui viene emessa soprattutto luce tra il rosso e il verde, che i nostri occhi percepiscono come gialla. Un oggetto incandescente a 4.000 gradi emette invece luce che va dal rosso al blu, che percepiamo come bianca. A ogni temperatura corrisponde insomma un picco di lunghezza d’onda della luce, e questa lunghezza, più aumenta la temperatura, più diventa corta, cioè “più blu”. Le resistenze del tostapane le vediamo rosse perché emettono soprattutto fra rosso e infrarosso». Tutti i corpi sopra allo zero assoluto (-273,16°C) rilasciano radiazioni elettromagnetiche: anche i nostri corpi a 37°C hanno un colore legato al loro calore, non possiamo vederlo a occhio nudo ma, con una termocamera, che vede l’infrarosso, appariamo brillanti come lampadine.

E dopo tè e toast, per spiegare i fenomeni meteo la divulgatrice passa ai popcorn. «Il seme di mais è protetto da un guscio che difende il germe e l’amido interni. Quando lo mettiamo in olio bollente, parte dell’acqua che contiene diventa vapore, ma il guscio resiste alla sua fuga: secondo la legge dei gas, se un gas viene scaldato e non può aumentare di volume aumenta di pressione. Quando la temperatura nel chicco arriva a 180 °C, la pressione sfiora le 10 atmosfere, il guscio esplode e il vapore surriscaldato si espande di colpo in tante piccole bolle, trasformando l’amido in una deliziosa spugna morbida. La forza del vapore ha alimentato la rivoluzione industriale, ma da sempre la legge dei gas fa muovere anche la vita sulla Terra: il vapore che si libera dal mare, sale in quota dove si espande e quindi si raffredda,  tornando liquido e condensandosi in nuvole, che scaricano acqua sulle terre. Popcorn e clima terrestre, alla fine, sono legati dalla stessa legge».

I popcorn possono poi essere consumati, a scelta, mentre si guarda la tv o il cestello della lavatrice che gira. Per noi la scelta sarebbe ovvia, ma per Czerski entrambe le attività sono fonte d’ispirazione. «Il mondo è pieno di oggetti che ruotano, dai panni nel cestello delle lavatrici fino alla Terra stessa. Ma la rotazione non è un movimento “spontaneo”: gli oggetti girano perché c’è qualcosa che li tira verso il centro di rotazione, curvando continuamente il moto dell’oggetto, che altrimenti proseguirebbe dritto. Nel caso della lavatrice a mantenere i panni in rotazione è ovviamente la resistenza del cestello metallico: anche l’acqua contenuta dai panni viene costretta a girare, ma filtra attraverso le fibre della stoffa fino al cestello e qui sfugge dai fori, schizzando via come un sasso da una fionda. Nel caso della Terra, a tenere insieme ogni pezzo, noi compresi, è invece la gravità, nonostante il nostro pianeta giri all’Equatore a 1.670 chilometri l’ora».

E i satelliti, che girano lontani dalla gravità terrestre? «Non sono affatto “lontani”, anche a 200 chilometri di altezza (il riferimento è allo Sputnik, ndr) la gravità è ancora il 93 per cento di quella al suolo. Stanno su perché i razzi gli hanno fatto raggiungere una velocità orizzontale tale, almeno 8 chilometri al secondo, che mentre ricadono verso la Terra, allo stesso tempo si spostano abbastanza orizzontalmente da seguire la curvatura del Pianeta, mantenendo in pratica sempre la stessa distanza dal suolo. Insomma, i satelliti e gli astronauti  in orbita non sono “a gravità zero”, ma in una caduta senza fine».
Passando dalle lavatrici alle tv, Czerski tesse le lodi di quelle vecchie, con il tubo catodico. «Quando le avevamo in casa non ce ne rendevamo conto, ma erano apparecchi che, in piccolo, funzionavano come i grandi acceleratori di particelle (l’Lhc di Ginevra). Dal fondo del tubo catodico partivano ogni secondo miliardi di elettroni, grazie alla spinta di un potente magnete. Nel tubo c’era il vuoto, e quindi gli elettroni potevano correre senza ostacoli fino a sbattere contro lo schermo, ricoperto di sostanze che emettevano luce quando venivano colpite. Lo stesso accade negli acceleratori di particelle, dove enormi magneti accelerano particelle nel vuoto, facendole poi scontrare con bersagli o fra loro, per produrre non luce, ma altre particelle che possono formarsi solo ad altissime energie».

Il metodo Czerki «dal tè al Big Bang» ha davvero un grande successo di pubblico e se andate sul sito www.bbc.co.uk, dove sono visibili alcune clip dei suoi video, capirete il perché. Gli inglesi, del resto, hanno una felice tradizione di divulgazione scientifica. «Da sempre da noi la gente ha un grande interesse per la scienza, e la scienza ha risposto a questo interesse con istituzioni come la Royal Society, la Royal Institution e la stessa Bbc, che favoriscono il contatto fra scienziati e cittadini, abituando i primi a esprimersi con chiarezza e senza condiscendenza, ma anche ad ascoltare l’opinione del pubblico. E questo rapporto, basato sul rispetto reciproco, è, secondo me il miglior modo per contrastare le tendenze antiscientifiche che si manifestano oggi in tante parti del mondo».

(23 giugno 2017)