Tutta una questione di misure

Se chiedete ad un fisico sperimentale di condensare in una sola parola l’essenza della fisica, inevitabilmente vi risponderà: misura. In definitiva per questi scienziati chiamati spesso a comprovare teorie ed ipotesi sulla natura dell’universo e delle sue leggi fondamentali, tutto si riduce alle  misurazioni con le loro  relative  incertezze.

Per questo la maggior parte dei fisici  sperimentali nutre serissimi dubbi sulle teorie che non hanno potere predittivo o  non sono  state ancora  confortate da misurazioni  validanti come nel caso  della teoria delle  superstringhe.

Misurare però significa confrontarsi con un livello  di tolleranza sull’esattezza  del risultato che  non deve  mai essere  trascurato e, può sembrare paradossale,  mettersi  d’accordo sull’unità  di misura da adottare.

Emblematico in questo senso fu il  disastroso destino della  sonda Mars Climate Observer  lanciata l’11 dicembre  1998 da  Cape Canaveral con l’obiettivo di  studiare la meteorologia, il clima e le quantità di acqua e di anidride carbonica (CO2) del pianeta Marte. Lo scopo era di comprendere le riserve, il comportamento e il ruolo atmosferico delle sostanze volatili e cercare le prove di cambiamenti climatici a lungo termine.

La sonda raggiunse il  punto in cui si sarebbe dovuta inserire  in orbita, a circa 140-150 km dalla superficie marziana    il  23 settembre 1999, invece affondò a circa 50 km da Marte, venendo distrutta  dagli stress provocati dall’attrito. Centoventicinque milioni di dollari andati in fumo.  Il motivo di questo clamoroso insuccesso dipendeva dal fatto  che un team di ingegneri aveva usato  per i calcoli il  sistema metrico decimale ed un altro team il  sistema metrico anglosassone.  La sonda non aveva un software in grado di convertire i due sistemi fra loro e….buuuummm!

Quando misuriamo  dobbiamo tenere  conto  di molti fattori, famosa è una delle  lezioni di Walter Lewin, forse il più brillante  docente di fisica dai tempi di Richard Feynman, che dimostrò agli studenti del  suo corso come quando  siamo sdraiati siamo più lunghi di quando stiamo in posizione eretta.

Lewin, invitò uno dei suoi studenti ad offrirsi come volontario per questa piccola dimostrazione. e lo misurò in piedi, 182,5 cm con una tolleranza  dello 0,1 in più o in meno. 
Quindi lo invitò a sdraiarsi sulla cattedra, di fronte  a circa 400 studenti  rapiti, e procedette a misurarlo. Stavolta il risultato era che il ragazzo era alto 185 cm, con una tolleranza in più o in meno di 0,2 cm.

La responsabilità di questo effetto fisarmonica  è la forza di gravità  che quando siamo in piedi comprime i tessuti molli tra le vertebre della nostra spina dorsale tirandoci verso il basso.

Se ne accorsero a loro spese gli astronauti delle  prime missioni spaziali che si lamentavano del fatto che le loro tute nello spazio sembravano decisamente più strette. Gli studi compiuti dalla NASA su sei astronauti della  missione  Skylab dimostrarono che nello spazio tutti e sei  avevano avuto un aumento dell’altezza  di circa il 3%.

Ecco perché da  allora le tute degli astronauti sono  progettate sulla  terra un po’  più grandi del necessario.

1 commento

  1. Non c’è esperimento senza teoria. La misura, anche se affetta da errori casuali e sistematici, ci dice quanto sia affidabile la conferma dell’ipotesi teorica. Se rappresentiamo con la meccanica delle matrici una certa grandezza fisica, i possibili valori della misura della grandezza in questione sono gli autovalori delle matrici . Fin qui è elementare. La questione aperta è: tutte le osservabili sono misurabili? E tutto ciò che è misurabile, rimanda a una osservabile? Certo, la misura costringe l’oggetto esaminato in un autostato della grandezza-matrice che usiamo…

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