La Scienza Del Tostapane 192a53

Andrea Parlangeli

La scienza del tostapane

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Indice dei contenuti

Introduzione Prologo CAPITOLO 1 CAPITOLO 2 CAPITOLO 3 CAPITOLO 4 CAPITOLO 5 CAPITOLO 6 CAPITOLO 7 CAPITOLO 8 CAPITOLO 9 CAPITOLO 10 CAPITOLO 11 CAPITOLO 12 CAPITOLO 13 CAPITOLO 14 CAPITOLO 15 CAPITOLO 16

CAPITOLO 17 CAPITOLO 18 CAPITOLO 19 CAPITOLO 20 CAPITOLO 21 CAPITOLO 22 CAPITOLO 23 CAPITOLO 24 CAPITOLO 25 EPILOGO

Introduzione

“Un popolo senza storia non ha futuro” si sente spesso dire. Ma anche un popolo poco consapevole della tecnologia che usa è destinato a non andare lontano, a non essere protagonista, a diventare la vittima impotente di forze che lo sovrastano. Le grandi industrie vanno avanti con i loro prodotti di punta sempre più complessi, le roap, i programmi di marketing, mentre gran parte delle persone ignora che cosa ci sia dentro un cellulare o come funzioni una radiolina. Colmare il divario non è lo scopo di questo libro, non sarebbe possibile, ma suscitare un po’ di curiosità sarebbe già un traguardo soddisfacente. In fondo, se un extraterrestre arrivasse all’improvviso sul nostro pianeta, sarebbe sicuramente affascinato dalla cornetta di un telefono o da una tv a raggi catodici. Forse li considererebbe oggetti primitivi, ma si chiederebbe da dove arrivano e perché sono fatti così. Sul suo pianeta lontano, dove la tecnologia e le specie viventi si sono sviluppate in altro modo, tutto era diverso. Questo libro è dedicato a tutti coloro che, come l’autore, di fronte a un televisore aperto si sentono come un extraterrestre che per la prima volta arrivi sul nostro pianeta.

Andrea Parlangeli

Nota: Questo libro è la versione corretta e aggiornata di una precedente edizione pubblicata da Boroli Editore nel 2005.

Prologo

Il sogno

Il sole sorge, all’alba di una qualsiasi città, su un appartamento come tanti, nel quale riposano un uomo e una donna. La donna si gira tra le lenzuola, nel dormiveglia, e accanto a lei sul comodino giace illuminato da un raggio di sole il libro che stava leggendo la sera prima, un libro scritto a fine Ottocento. La donna sogna, e nel sogno si ritrova nel ato, oltre un secolo prima, in un mondo in cui confluiscono i suoi ricordi di bambina, i racconti di sua madre e di sua nonna. I racconti di quando sua nonna era piccola e ascoltava i racconti di sua madre. Tre o quattro generazioni prima, poco più di un secolo fa, fine Ottocento. Tre o quattro generazioni, un nulla nella storia dell’umanità, si possono raccontare sulla base quasi dell’esperienza diretta, dei racconti dei nostri cari. Nulla rispetto ai milioni di anni che ci separano dai primi ominidi, o ai circa duecentomila anni in cui si è evoluta la nostra specie di Homo sapiens e la sua tecnologia, vale a dire la sua capacità di cambiare il mondo. Nulla, eppure in questi miseri cento anni è cambiato moltissimo, forse più di quanto sia cambiato in tutti i millenni precedenti. Tanto che il mondo nel quale oggi viviamo sarebbe irriconoscibile per i nostri antenati di allora. Nel dormiveglia della prima mattina, a suo agio nel caldo delle lenzuola, la donna sogna di essere sua nonna da bambina, che si sveglia un secolo prima. Va al bagno, si lava, si veste. Indossa le mutande, un abito ormai diffuso, ma che già pochi decenni prima non usavano tutti ed era spesso considerato perfino scandaloso. Ovviamente non ci sono le cerniere zip, né i bottoni a pressione, né le calze di nylon, né alcun tipo di tessuti sintetici o di plastica. La donna che dorme sorride e respira profondamente nel pensare all’odore e alla consistenza del vestito in lino che indossa nel sogno. Quel vestito, però, era il frutto di un lungo lavoro. Era stato lavato e stirato il

giorno prima, dalla lavandaia che lo aveva preso insieme all’altra biancheria e lo aveva portato in lavanderia. Lavare era un lavoro lungo e faticosissimo, non c’erano lavatrici e cominciava appena a circolare l’elettricità. Le donne delegavano spesso quest’incombenza, quando potevano, a lavandaie specializzate. I panni erano lavati con il ranno, una miscela di acqua e cenere, e perfino con urina, che contiene ammoniaca ed è utile per sgrassare. Poi si stiravano con ferri scaldati con la brace. Mentre la donna indossa nel sogno il suo vestito di lino, l’uomo si alza anch’egli, svegliato dalla luce del nuovo giorno e dai rumori della compagna. Non c’è bisogno di sveglie e non ci sono orologi in casa se non un vecchio pendolo che non funziona nemmeno tanto bene e spesso l’uomo si dimentica di ricaricare. Del resto la puntualità è un concetto relativo, a quei tempi. In bagno, per pulirsi usa un’altra pagina del vecchio libro di cucina, perché la carta igienica non esiste ancora. Come sempre si distrae leggendo qualche ricetta di sfuggita. I due compagni si ritrovano in cucina per la colazione. La donna è appena rientrata con il pane e il latte, e spera che quest’ultimo sia fresco, perché altrimenti può dare i soliti problemi di digestione. Ma l’odore è buono e l’uomo lo beve con avidità. A questo punto, la vita dei coniugi si divide. La donna resta a casa a svolgere le tante faccende domestiche, mentre l’uomo va al lavoro. Ci va a piedi, perché non è abbastanza ricco da comprare un cavallo, ma appena avrà guadagnato un po’ di soldi con ne comprerà uno, e prenderà anche una bella carrozza. In città i cavalli danno fastidio, hanno bisogno di cure, sporcano e fanno rumore. Ma sono sempre meglio di quelle diaboliche vetture a quattro ruote che cominciano a girare. Non ne vale la pena comprarne una, sono capricci da ricchi con la ione della tecnologia, ma sono molto peggio del cavallo: fanno un baccano infernale, sporcano, si rompono sempre e sono scomode, con quelle sospensioni durissime che ti fanno saltare a ogni buca. E di buche ce n’è tante per le strade impolverate e fangose che qualche pazzo vuole pure coprire di quella pece… come si chiama? Asfalto! È vero. No, è molto meglio il cavallo. La donna, rimasta sola in casa, fa le pulizie, spolvera, toglie le macchie ai panni sporchi, sistema i vestiti nelle cassapanche, va a fare la spesa ogni giorno o quasi, perché gli alimenti vanno subito a male e bisogna comprarne sempre di freschi. Se fosse per lei, comprerebbe una ghiacciaia, uno di quei mobiletti per contenere il ghiaccio e conservare le verdure, le carni, il pesce. Costa troppo,

però, e poi bisognerebbe anche cambiare sempre il ghiaccio, e anche il ghiaccio costa. Poiché il frigorifero non esiste ancora, deve accontentasi della spesa quotidiana e delle conserve che riesce a realizzare. Nei momenti morti, quando non ha nulla da fare, a dai vicini o dalla sorella, per fare quattro chiacchiere e scambiare qualche pettegolezzo. A casa c’è solo da annoiarsi o da lavorare, non c’è televisione, né radio, né telefono. Quando il marito torna, la sera, le cose cambiano rapidamente: bisogna cucinare, apparecchiare tavola. La donna accende il fuoco con i fiammiferi, inventati appena una cinquantina di anni prima (in precedenza si usava l’acciarino, che non era facile da usare), e mette a tavola le posate. Le forchette si usavano non da molti anni, nella sua famiglia. Ma la donna è contenta soprattutto della grande novità di quegli anni, la luce elettrica appena arrivata, che ha reso più lunghe e piacevoli le serate. Prima, con le candele, era tutto più difficile: costavano molto, facevano poca luce e riempivano la casa di fumo. Finalmente la luce elettrica, benvenuta tecnologia!

CAPITOLO 1

La sveglia. E il buco nero

Il sole sorge e la donna si culla nei suoi sogni. Accanto a lei, l’uomo si volta verso il comodino, dove un orologio al quarzo scandisce il tempo che a. È lui che si sveglierà per primo e si predispone all’evento. La sveglia suonerà da un momento all’altro e l’uomo assapora il tempo che gli manca ad alzarsi. La donna, invece, è immersa in un sonno profondo, incurante del piccolo dramma quotidiano che sta per compiersi ancora una volta: il trillo della suoneria. Il meccanismo è pronto a scattare, gli impulsi elettrici partiranno dalla batteria e andranno a “scuotere” i magneti negli altoparlanti, non appena la combinazione delle cifre sul display raggiungerà l’orario prestabilito e si configurerà un apposito circuito. I magneti faranno pulsare le membrane dell’altoparlante, le quali vibreranno come piccoli tamburi, perturberanno la calma dell’aria della stanza e genereranno onde di pressione che si propagheranno alla velocità del suono, Mach 1. Come ogni altro suono, l’odiato “drinn” sarà prodotto da zone d’aria compressa che inseguono zone d’aria più rarefatta a 1.224 km orari o giù di lì (la velocità del suono dipende anche dalla temperatura, dalla pressione e in generale dalle condizioni atmosferiche). Lo squillo si muoverà inesorabilmente dalle casse acustiche della sveglia alle orecchie delle due vittime, per raggiunge anche i mobili e le pareti, rimbalzare e ritornare impietosamente indietro. Fortunatamente, rimbalzando sulle pareti e sugli altri ostacoli, il suono si smorzerà. E quando l’uomo schiaccerà il pulsante giusto, le onde acustiche si attenueranno dopo un breve riverbero e il trillo cesserà, restituendo la pace alla stanza. Non è ancora il momento, però, e l’orologio va avanti instancabilmente, guidato dalle pulsazioni del cristallo incastonato nel cuore dei suoi circuiti. Questo perfettissimo minerale è composto da miliardi e miliardi di atomi di silicio e ossigeno tutti ordinati diligentemente, che si allontanano e si avvicinano tra loro ritmicamente, pulsando 32 mila volte al secondo e scandendo in tal modo il

tempo con la precisione di un metronomo, che si sfasa di un secondo ogni due o tre giorni. L’orologio al quarzo è una conquista tecnologica abbastanza recente. Fino a pochi decenni fa, nelle case era più comune l’orologio a pendolo e anche il nostro uomo che dorme ricorda quello dei suoi genitori, che ogni tanto si fermava e doveva essere ricaricato con una chiavetta. E prima ancora dell’orologio a pendolo si usavano le meridiane. Tutte le civiltà antiche, dai Greci agli Egizi, dagli Inca ai Romani, avevano le loro meridiane, che potevano differire nella realizzazione, ma che avevano tutte in comune il principio di funzionamento: seguire, tramite le ombre, il movimento del sole nella volta celeste. Le meridiane, però, funzionavano soltanto di giorno, e perciò furono anche costruiti orologi ad acqua (basati su un contenitore che si svuotava a ritmo costante), a cera (in cui il are del tempo era indicato dal consumarsi di una candela) e clessidre. Nel Medioevo nacquero i primi orologi meccanici, probabilmente costruiti con cura certosina nei monasteri al fine di far suonare la campana all’ora giusta per richiamare i monaci alla preghiera. Questa fase della storia degli orologi non è ben conosciuta, ma uno dei primissimi apparecchi pubblici di questo tipo fu costruito sulla torre ottagonale della chiesa di San Gottardo in corte a Palazzo Reale, a Milano, nel 1335. Ben presto ci furono iniziative simili in altre città, a cominciare dall’Italia. Questi primissimi orologi meccanici erano presumibilmente alimentati da un peso, avevano un errore di circa mezz’ora al giorno, ma ebbero successo e furono realizzati anche in dimensioni più piccole per uso domestico. Agli inizi del Cinquecento, il fabbro tedesco Peter Henlein inventò gli orologi portatili, che erano alimentati da una molla ed erano chiamati “uova di Norimberga”, dal luogo di provenienza. Gli orologi a molla continuarono a perfezionarsi nel corso dei secoli e sono arrivati fino a noi, sotto forma di orologi da tavolo o da polso. Ad azionarli è di solito una striscia metallica avvolta a spirale. Quando si carica un orologio da polso, spesso non si fa altro che avvolgere la striscia metallica interna. E questa, nel rilassarsi e tornare alla posizione di equilibrio, aziona una serie di ingranaggi a rotella che fanno muovere le lancette. È lo stesso principio di funzionamento dei carillon, ma è molto più preciso e sofisticato. Anche perché deve tener conto del fatto che la molla, scaricandosi, fornisce una forza sempre minore e tenderebbe a far rallentare l’orologio. Esistono, però, sistemi meccanici per correggere questo

fenomeno. Dopo l’orologio a molla arrivò quello a pendolo, che si basava su un principio scoperto attorno al 1582 da Galileo Galilei. Quest’ultimo notò che – per piccole ampiezze di oscillazione – il periodo del pendolo, cioè il tempo necessario affinché torni nella stessa posizione, non dipendeva né dalla sua massa, né dall’ampiezza dell’oscillazione. Dipendeva solo ed esclusivamente dalla lunghezza del pendolo. La semplicità e l’eleganza di questo principio balzarono subito all’occhio di Galileo, ma la sua portata era ben maggiore di quanto lo scienziato potesse allora immaginare. Nel 1656, l’olandese Christiaan Huygens, noto per i suoi studi di ottica e per le sue osservazioni di Saturno, applicare quel principio alla misurazione del tempo e costruì il primo orologio a pendolo. Perfezionò in seguito la tecnica di costruzione e riuscì a produrre orologi con un errore inferiore a dieci secondi al giorno, molto più precisi di quelli meccanici allora esistenti. Fin qui tutto bene, perché fintanto si ragiona in linea di principio non bisogna fare i conti con i problemi e le meschinità della vita reale, come gli attriti. Se si comincia a pensare all’attrito, sorge subito il dubbio: come fa un orologio a pendolo a mantenersi in movimento senza perdere energia? Lo si capisce se si entra nei suoi ingranaggi. Il pendolo che oscilla è l’elemento che scandisce il tempo. Aziona anche una ruota dentata che può girare solo in un senso e le fa compiere uno scatto a ogni oscillazione. La ruota dentata, a sua volta, è collegata ad altre ruote dentate che azionano le lancette delle ore e dei minuti. Tutti gli ingranaggi si muovono a scatti, compiendone uno per ogni aggio del pendolo che oscilla. Se non ci fosse un sistema di “alimentazione”, una fonte esterna di energia, il pendolo si fermerebbe per attrito dopo poche oscillazioni. Le ruote dentate sono perciò collegate a una molla che le alimenta o a un peso che cade lentamente. A ogni aggio, dunque, il pendolo non solo aziona i meccanismi che fanno muovere le lancette, ma riceve anche una piccola spinta dalla molla che si scarica o dal peso che scende pian piano. Dopo Huygens, a perfezionare l’orologio a pendolo fu il britannico George Graham, nel ’700. Una delle principali fonti di errore era il fenomeno della dilatazione termica, in base al quale qualsiasi oggetto si espande quando si scalda: un pendolo tradizionale diventa perciò più lungo nelle ore più calde della giornata, le oscillazioni rallentano e l’orologio si sfasa. Graham trovò il modo per compensare queste variazioni e ridusse l’errore a meno di un secondo al

giorno. Il grande protagonista dello sviluppo degli orologi nel Settecento fu comunque l’orologiaio e carpentiere britannico John Harrison. Questi perfezionò le tecniche di compensazione della temperatura ideate da Graham e sviluppò nuovi metodi per ridurre l’attrito delle parti meccaniche. Ma Harrison è ato alla storia soprattutto per aver sviluppato un nuovo tipo di cronometri che a differenza del pendolo erano adatti alla navigazione. Il pendolo, infatti, funzionava bene soltanto sulla terraferma, mentre il sistema ideato da Harrison faceva ricorso a un doppio bilanciere per compensare gli errori dovuti ai movimenti della barca. A stimolare le sue ricerche fu un ricco premio di 20 mila sterline (pari a oltre 10 milioni di euro attuali) messo in palio dall’ente britannico Board of Longitudes per risolvere il problema di come determinare in modo attendibile la longitudine, vale a dire lo spostamento verso est o verso ovest. Questo era infatti un problema importantissimo per la navigazione. La soluzione migliore, ma tecnicamente difficile da realizzare, era quello che potremmo definire il principio del fuso orario: i marinai dovevano portare con sé due orologi, uno che scandiva l’ora di Londra e l’altro che doveva essere ricalibrato durante la navigazione, fissando il mezzogiorno nel momento in cui il sole era nel punto di massima altezza nel cielo. In tal modo, il ritardo tra i due orologi sarebbe stato proporzionale alla longitudine. Harrison dedicò la vita a questa sfida, e nel 1761 un suo orologio viaggiò fino in Giamaica scandendo il tempo con un errore pari a un quinto di secondo al giorno, una prestazione paragonabile a quella degli orologi a pendolo dell’epoca sulla terraferma e dieci volte superiore a quella inizialmente richiesta per la vincita del premio. Per avere miglioramenti significativi nella misura del tempo fu necessario attendere oltre un secolo. Nel 1889, il tedesco Sigmund Riefler costruì un pendolo con un’accuratezza inferiore a un centesimo di secondo al giorno, che divenne lo standard per molte osservazioni astronomiche. E nel 1921, l’ingegnere britannico William Hamilton Shortt ne realizzò uno ancora più preciso e raffinato, che era in realtà un doppio pendolo. Uno dei due, il principale, serviva a scandire il tempo con regolarità, mentre il secondo aveva il doppio compito di mantenere in movimento la massa oscillante e di azionare i meccanismi che muovono le lancette. In un orologio tradizionale, infatti, i meccanismi di alimentazione e quelli che muovono le lancette alterano lievemente il periodo di oscillazione. Nel doppio pendolo di Shortt, invece, gli errori sono per così dire “assorbiti” dal pendolo secondario, mentre quello

principale oscilla liberamente o quasi, con precisione quasi assoluta. L’uomo che dorme non lo sa, così come non poteva sospettarlo, a suo tempo, Galileo; ma la legge del pendolo è legata ai più profondi principi della fisica, in particolare alla natura dello spazio e del tempo. E qui entra in gioco la teoria della Relatività generale di Einstein, secondo la quale la gravità “curva” la struttura dello spazio e del tempo e, così facendo, consente per lo meno teoricamente situazioni estreme come la creazione di nuovi universi e la possibilità di tornare nel ato. Tutto ciò comincia da un altro principio importantissimo, quello di Galileo: tutti gli oggetti in caduta libera, qualunque sia la loro massa, cadono con la stessa accelerazione: l’accelerazione di gravità… sempre che si trascuri l’attrito con l’aria, che nel mondo reale guasta le feste e di solito fa rallentare gli oggetti leggeri più di quelli pesanti. In assenza di attrito con l’aria, dunque, se lasciassimo cadere dalla Torre di Pisa una palla di cannone o una biglia di vetro, vedremmo che entrambi gli oggetti si troverebbero, istante per istante, alla stessa altezza dal suolo e toccherebbero terra contemporaneamente (non è certo che Galileo fece esperimenti di questo tipo dalla torre di Pisa, ma certamente studiò questi argomenti). Questo fenomeno è notevolissimo ed è dovuto al fatto che la forza di gravità che agisce su un oggetto qualsiasi è proporzionale alla sua massa. La forza di gravità che agisce su una palla di cannone, infatti, è molto maggiore di quella che agisce su una biglia. L’accelerazione che subisce qualsiasi oggetto al quale sia applicata una qualunque forza, però, è inversamente proporzionale alla sua massa: se si applica la stessa forza a una palla di cannone e a una biglia si ottiene che la biglia si muove molto più velocemente della palla di cannone. Si dice che la biglia ha un’inerzia minore. La palla di cannone che cade dalla Torre di Pisa, in conclusione, è soggetta a una forza di gravità molto maggiore di quella della biglia. Ma ha anche un’inerzia maggiore e oppone più resistenza al movimento. Alla fine, i due fattori si compensano e i due oggetti cadono esattamente con la stessa accelerazione: si muovono precisamente nello stesso modo, istante per istante. Tutto ciò era noto anche a Isaac Newton, il padre della “fisica classica”. Ma fu soltanto Albert Einstein che si rese conto della portata di questo principio e lo usò come pilastro portante della sua teoria della Relatività generale, una delle più complesse e affascinanti di tutti i tempi. Einstein comprese che non era un caso che tutti gli oggetti cadessero con la stessa identica accelerazione nel campo

gravitazionale terrestre. Non era un caso che le oscillazioni del pendolo non dipendessero dalla massa oscillante. C’era sotto qualcosa di più profondo e universale, che identificò nella struttura spazio-temporale dell’universo. La gravità – questa fu la sua intuizione – è un puro effetto geometrico: una deformazione della struttura spazio-temporale dell’universo. Vale la pena di fermarsi un attimo su questo concetto, perché una volta che l’avremo afferrato non vedremo più la gravità con gli stessi occhi. Immaginiamo di proiettarci nello spazio interstellare, in assenza di forze compresa la gravità. In questa situazione, tutti gli oggetti si muoverebbero di moto rettilineo uniforme, in linea retta, senza mai cambiare la propria velocità. Se inseriamo queste traiettorie in un grafico a 4 dimensioni, nel quale sono rappresentati lo spazio e il tempo, osserveremmo tante linee rette, ciascuna corrispondente a una particella. Semplificando un po’ la nostra immagine, ma senza perdere in generalità, possiamo pensare lo spazio-tempo in assenza di gravità come un telo teso piatto, sul quale le particelle percorrono traiettorie rettilinee. Immaginiamo ora di avvicinarci a una stella e di entrare nel suo campo gravitazionale. Che cosa accadrà? Niente di particolare: semplicemente osserveremmo che qualsiasi particella nelle nostre vicinanze accelererebbe sotto l’effetto della forza di gravità della stella. In un grafico a 4 dimensioni, le traiettorie di queste particelle non apparirebbero più come linee rette ma si curverebbero a causa dell’accelerazione di gravità. E, nel caso della rappresentazione “pittorica” del telo teso, la stella avrebbe l’effetto di una sfera metallica poggiata sulla superficie del telo: lo farebbe curvare. Ogni particella che si muovesse su questo telo curvato, quindi, non si muoverebbe più lungo una linea retta ma su una traiettoria “piegata” dalla gravità. Einstein dimostrò proprio questo, che la gravità è il modo in cui nell’universo si manifesta una deformazione spazio-temporale prodotta dalla materia. Una stella, o la nostra Terra, deforma lo spazio-tempo, e l’effetto di questa deformazione si manifesta come forza di gravità. In prossimità di corpi celesti molto più densi della Terra, come alcune stelle compatte, la deformazione è maggiore e distorce in maniera evidente lo spazio e il tempo. Questi fenomeni diventano addirittura spettacolari in prossimità dei buchi neri, corpi celesti così densi che nemmeno la luce può sfuggire alla loro attrazione gravitazione, per lo meno all’interno di una zona sferica detta “orizzonte degli eventi”.

In prossimità di questo orizzonte, il tempo scorre lentamente, fino a fermarsi se si raggiunge il bordo dell’abisso. Un’astronave che riuscisse ad avvicinarsi indenne a un buco nero potrebbe viaggiare nel tempo di migliaia, milioni o miliardi di anni, a piacimento. Il suo equipaggio, infatti, ci apparirebbe vivere come al rallentatore e il rallentamento temporale sarebbe tanto più marcato quanto più l’astronave si avvicina all’orizzonte. L’equipaggio dovrebbe fare anche attenzione a non oltreare questo confine, perché se lo fe non potrebbe più tornare indietro e perderebbe per sempre contatto con il nostro universo. Alcuni fisici ritengono che, una volta varcata la frontiera dell’orizzonte degli eventi e raggiunto il centro del buco nero (una conseguenza che sarebbe inevitabile, perché nulla potrebbe fermare più la caduta), la nostra ipotetica astronave potrebbe addirittura finire in un tunnel spazio-temporale e sbucare in un altro universo. Attualmente, però, tutte queste sono soltanto ipotesi e non è ben chiara la fine che faccia la materia inghiottita dai buchi neri. Una cosa, però, è certa: questi mostri cosmici esistono davvero. Il primo di cui si è accertata l’esistenza, negli anni ’70, è stato Cygnus X1 nella costellazione del Cigno, che ha una quantità di materia pari a una decina di volte quella del sole ed è quel che resta dell’evoluzione di una stella di grande massa. Gli scienziati lo hanno capito studiando la materia che il mostro nero ruba a una stella compagna, un disco di gas che si avvolge a spirale verso il centro, riscaldandosi sempre di più nell’avvicinarsi all’orizzonte degli eventi. Prima di sparire del tutto, questi gas emettono raggi X, radiazioni ad alta energia che dopo aver viaggiato per molti anni luce raggiungono i nostri rivelatori sulla Terra e ci portano la testimonianza di quel tragico evento. Oggi si conoscono moltissimi buchi neri e si ritiene che praticamente ogni galassia ne contenga uno gigante nel suo nucleo. Anche nel cuore della nostra galassia, la Via Lattea, ce ne sarebbe uno, con massa pari a circa 4 milioni di volte quella del nostro sole. Ignaro di tutto questo, accucciato tra le coperte e in attesa del trillo della suoneria, l’uomo riposa placidamente nel suo letto. Nello stesso istante, altre persone si svegliano in altre stanze, alcune sono già al lavoro e altre continuano a dormire e dormiranno ancora per ore. Nello stesso istante, all’interno della sveglia accanto a loro, un cristallo di quarzo pulsa freneticamente, ingrandendosi e rimpicciolendosi con regolarità 32 mila volte al secondo. Gli orologi al quarzo furono introdotti negli Anni ’20 del Novecento e

superarono subito l’accuratezza dei migliori orologi a pendolo. I più precisi, in un ambiente a temperatura controllata, si sfasano oggi di circa un secondo ogni dieci anni. Alla base del loro funzionamento c’è un fenomeno fisico tipico del quarzo e di altri cristalli, l’effetto piezoelettrico scoperto nel 1880 dai fratelli si Pierre e Jacques Curie, quindici anni prima che Pierre si sposasse con Marie Skłodowska, cioè Madame Curie. La piezoelettricità consiste nel fatto che alcuni materiali come il quarzo, se compressi, producono un campo elettrico. All’interno di un opportuno circuito , dunque, un cristallo di quarzo a forma di sbarretta, disco o diapason può vibrare meccanicamente e, nel contempo, generare impulsi elettrici regolari. Già questo può andare più che bene per le nostre esigenze quotidiane. Per le applicazioni ancora più avanzate ci sono gli orologi atomici. Si chiamano così non perché sono radioattivi (nel caso in cui qualcuno lo pensasse), ma perché scandiscono il tempo sfruttando la straordinaria regolarità delle oscillazioni atomiche. La precisione è tale che l’orologio al cesio adottato come standard al National Institute of Standards and Technology (Nist), negli Stati Uniti, ha un’incertezza di appena un secondo ogni 20 milioni di anni. Un risultato così impressionante è possibile grazie alle leggi della meccanica quantistica. Secondo questa teoria, che descrive il mondo microscopico, gli atomi che hanno le stesse identiche proprietà sono del tutto indistinguibili, perfino interscambiabili, tra loro. Tutto questo può sembrare scontato ma non lo è. Nel mondo macroscopico al quale siamo abituati, infatti, non esistono oggetti esattamente uguali e indistinguibili. Anche due bicchieri o due monete hanno sempre piccole differenze che permettono di identificarli, almeno in linea di principio. Ogni oggetto, per quanto perfetto, ha una piccola lesione, graffio, ammaccatura che lo differenzia da tutti gli altri e lo rende unico. Nel mondo microscopico, invece, l’indistinguibilità è la regola, perché i singoli atomi – o le altre particelle – non possono avere né graffi, né altri segni che li differenzino dagli altri. L’unica cosa che li caratterizza e li contraddistingue sono le loro proprietà. Tra le loro proprietà ce n’è una in particolare che è utile per misurare lo scorrere del tempo: gli atomi non possono emettere e assorbire quantità qualsiasi di energia, ma soltanto “pacchetti” detti “quanti”. Più precisamente, gli atomi emettono e assorbono energia sotto forma di fotoni, i “grani minimi” di luce (e delle onde elettromagnetiche in generale). Ogni fotone ha una sua frequenza di vibrazione, che è proporzionale alla sua energia: i fotoni a bassa frequenza hanno

meno energia di quelli ad alta frequenza. Tutto questo per dire che, nel 1967, si è convenuto di usare questo fenomeno per definire l’unità di tempo. Come standard si è presa una particolare frequenza dell’atomo di cesio. Nelle parole ufficiali, il secondo è definito come “la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alle transizioni tra due livelli iperfini del livello fondamentale dell’atomo di cesio 133”. Dove, per amor di completezza, i livelli iperfini sono particolari livelli energetici dovuti all’interazione magnetica tra gli elettroni e i nuclei all’interno di un atomo. Apparentemente gli orologi atomici non hanno molto a che fare con la nostra vita quotidiana, ma non è così. Sono, infatti, il riferimento assoluto per il tempo e sono usati per sincronizzare la rete internet, per esempio, o per la navigazione satellitare come il sistema gps. I navigatori satellitari si servono infatti di segnali di riferimento temporali inviati da satelliti dotati di precisissimi orologi atomici. Per determinare la sua posizione in maniera esatta, infatti, un navigatore calcola il tempo che i segnali elettromagnetici inviati dai satelliti impiegano per raggiungerlo: deduce così la sua distanza dai satelliti e quindi la sua posizione sulla superficie terrestre. L’orologio della sveglia avanza inesorabile, con la precisione del suo cristallo di quarzo vibrante. L’energia necessaria alle oscillazioni elettriche e meccaniche è fornita dalla batteria, grazie al principio inventato nel 1799 dal fisico comasco Alessandro Volta e presentato ufficialmente alla Royal Society inglese il 20 marzo 1800. La pila di Volta era una vera e propria pila, un accatastamento, di dischi di zinco e rame separati da cuscinetti umidi. Volta la realizzò per dimostrare la vera natura dell’elettricità. Nel 1780, infatti, l’anatomista bolognese Luigi Galvani aveva osservato che le zampe di una rana morta si muovevano se i suoi nervi erano toccati con un arco conduttore. Galvani concluse che doveva esistere un’“elettricità animale”, e la attribuiva a un fluido misterioso nel sistema nervoso degli esseri viventi. Ma Volta capì e dimostrò che non era così: le zampe si muovevano perché stimolate dall’arco bimetallico che Galvani usava per toccarle e che si comportava in quell’occasione come una pila. Volta ebbe molti riconoscimenti e raggiunse la gloria anche in vita. Napoleone Bonaparte lo proclamò conte nel 1810, e nel 1881 l’unità di misura del potenziale elettrico è stata chiama volt in suo onore. Grazie a lui l’elettricità è diventata “portatile” e non ha bisogno di una rete alla quale collegarsi, di una spina e una presa.

Di pile ne esistono di molti tipi. Ma per farne una molto semplice bastano pochi elementi: una piastra di rame, una di zinco, un filo elettrico e una soluzione di acqua e acido solforico. Si immergono le piastre nella soluzione e le si collega con il filo. Basta questo per generare una corrente che può accendere una lampadina. La corrente nasce all’interno della soluzione, dove le molecole di acido si spezzano spontaneamente in “ioni solfato” con carica negativa e “ioni idrogeno” positivi. I primi raggiungono la piastra di zinco e si combinano con il metallo cedendo elettroni, mentre i secondi raggiungono la piastra di rame, acquistano elettroni e trasformandosi in idrogeno gassoso. Gli elettroni si formano dunque nella piastra di zinco e raggiungono quella di rame attraverso il filo, dando vita a una corrente che dura spontaneamente fino a quando si consumano gli ioni solfato o lo zinco. A questo punto scatta la suoneria, e l’uomo interviene prontamente per restituire il silenzio alla stanza, mentre la donna emette un flebile lamento e riaffonda nel sonno dal quale era emersa per un attimo. Un nuovo giorno comincia, e l’uomo allunga il braccio fuori dalla coperta.

CAPITOLO 2

Luce!

Una mano raggiunge l’interruttore della lampadina sul comodino. Il dito preme il pulsante e fa scattare un interruttore: un circuito metallico si chiude e una corrente invisibile di elettroni scorre oscillando all’interno dei fili elettrici come un’ondata di marea. È fulminea: va e viene 50 volte a secondo, nel rispetto di uno standard europeo che vuole l’elettricità a 50 hertz. L’hertz, giova ricordare, è l’unità di misura della frequenza, un’unità dedicata al fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz vissuto tra il 1857 e il 1894. Indica il numero di cicli al secondo di un qualsiasi fenomeno periodico e si usa infatti per la corrente elettrica, ma non solo: vale anche per i pendoli e per le onde acustiche, per esempio. Il flusso elettronico scorre invisibile nei fili di rame avvolti in una guaina di gomma, ma diventa visibile nella lampadina: attraversa un filo di tungsteno spesso una frazione di millimetro e lungo circa 2 metri, si sfrega sui suoi atomi e lo scalda in un baleno fino a renderlo incandescente. Oggi le lampadine a incandescenza in molti Paesi non si usano più, sostituite dalle più ecologiche lampadine a risparmio energetico che usano il principio della scarica elettrica nei gas; ma hanno fatto storia, e la nostra coppia ne ha ancora un paio in funzione a casa. Il loro principio di funzionamento è essenzialmente lo stesso ideato dallo statunitense Thomas Alva Edison, che le inventò nel 1879, anche se invece del tungsteno Edison usò un filamento di carbone. Erano altri tempi, ma la creatività dello scienziato non si manifestò tanto per il materiale scelto, quanto per l’intuizione che il filo doveva essere tenuto in assenza di ossigeno all’interno di una campana di vetro. Altrimenti si sarebbe bruciato. Edison arrivò a questa innovazione dopo aver provato migliaia di materiali diversi – soprattutto fibre vegetali carbonizzate – dal bambù proveniente dal Giappone ai peli di barba. E grazie a questa perseveranza riuscì là dove tutti avevano fallito prima di lui. L’invenzione ebbe successo, anche perché Edison era un uomo con i piedi per terra e aveva subito fondato una società con un’opportuna copertura finanziaria:

la Edison Light Company. Ci volle ancora qualche anno prima che la luce elettrica sostituisse l’illuminazione pubblica a gas nelle città e le candele nelle case. Il processo fu tuttavia inesorabile, e consentì alla luce di conquistare ogni angolo abitato del pianeta, anche di notte, e di permettere attività che prima erano più difficoltose, come leggere e prolungare l’attività lavorativa. Frutto di tanta storia, il filo appena e arroventato raggiunge la temperatura di 2.500 gradi, quanto basterebbe a fondere molti altri metalli come oro, alluminio, rame, zinco. Il tungsteno, però, resiste, e resisterebbe per più di altri mille gradi: è scelto apposta per la sua resistenza al calore, ma si scalda a tal punto da emettere una grande quantità di fotoni, i grani di luce più piccoli possibile. L’esercito di particelle colorate esce alla velocità della luce dalla lampadina e rimbalza su ogni oggetto della stanza, raggiungendo anche gli occhi chiusi della donna e procurandole un altro piccolo shock, il secondo della giornata, dopo la sveglia. Alcuni fotoni riescono infatti a are attraverso il mezzo millimetro di pelle delle palpebre e a raggiungere e stimolare il nervo ottico della donna, che per tutta reazione si ritira con un gemito sotto le coperte. L’uomo percepisce invece direttamente la luce artificiale. Percepisce, in realtà, soltanto alcuni tra i tanti fotoni che la lampadina emette, cioè quelli corrispondenti alle frequenze visibili. I fotoni sono pacchetti di onde elettromagnetiche, cioè onde composte da campi elettrici e magnetici che oscillano un po’ come le onde marine. A differenza delle onde marine, però, non possono essere ulteriormente suddivisi: non esistono onde elettromagnetiche più piccole di un fotone, insomma. I fotoni hanno frequenze di oscillazione ben precise, e noi le percepiamo come colori: ci sono fotoni blu, verdi, rossi. Ci sono anche i fotoni infrarossi, e sono tanti, ma noi non possiamo vederli. I nostri organi sensoriali sono come sensori accesi sul mondo. Non vedono tutta la realtà, ma soltanto una piccola parte di essa. Sono strumenti imperfetti. I nostri occhi, in particolare, sono sensibili soltanto alle frequenze comprese tra il rosso e il violetto, vale a dire tra circa 400 e 800 terahertz, con un terahertz che è pari a mille miliardi di Hz. I nostri occhi non vedono, invece, le radiazioni più energetiche, cioè quelle composte da fotoni di frequenza più elevata come gli ultravioletti e i raggi X. E non vedono le radiazioni meno energetiche, come gli infrarossi, le microonde e le onde radio. Nel guardare la lampadina, l’uomo percepisce dunque una luce bianca, perché il cervello interpreta così i segnali che riceve e assegna il colore bianco alla

presenza di fotoni di tutte le frequenze visibili, così come vede nero laddove c’è assenza totale di luce mentre assegna un colore specifico a ogni frequenza visibile. L’uomo non vede, invece, i tanti raggi infrarossi che la lampadina emana insieme alla luce. Ne percepisce la presenza, però, perché ne avverte il calore. Questi raggi, infatti, hanno frequenze che corrispondono ai movimenti molecolari responsabili della temperatura: in altre parole, hanno la capacità di scaldarci e i nostri ricettori del tatto si accorgono di questo fenomeno. Se potesse vedere i raggi infrarossi, l’uomo vedrebbe se stesso e la sua compagna anche di notte, perché tutti gli esseri viventi hanno una temperatura corporea abbastanza elevata da emettere queste radiazioni. Se fossero più caldi, emetterebbero anche luce visibile come fa la brace, e se fossero più freddi emetterebbero meno raggi infrarossi. Ma con un visore a infrarossi si possono vedere uomini e animali anche nell’oscurità: appaiono più luminosi degli oggetti inanimati intorno, che sono normalmente più freddi. La stanza è inondata dai fotoni della lampadina. Ne fuoriescono centinaia di miliardi di miliardi al secondo, una quantità fantastica, paragonabile al numero di molecole d’aria che si trovano in un bicchierino da grappa. Ma l’uomo non si accontenta: va alla finestra e apre le imposte. Una folata di aria fresca e luce solare entra nella stanza, che si riempie ancora di più di fotoni. Quelli emessi dalla lampadina non si distinguono più, tanto sono in minoranza rispetto a quelli che provengono dal sole. I raggi infrarossi, a fiotti, dopo aver superato in circa 8 minuti i 150 milioni di chilometri di spazio vuoto che ci separano dalla nostra stella, raggiungono la finestra e scaldano la pelle dell’uomo nonostante l’aria fresca del mattino. Penetrano nell’epidermide e scuotono le molecole che incontrano, scaldandole, mentre i fotoni visibili accendono i colori della pelle e dei peli e i raggi ultravioletti (uv) pizzicano le cellule dell’epidermide. Un’esposizione più lunga stimolerebbe la pelle a produrre un pigmento scuro, la melanina, che ostacola la penetrazione dei raggi uv. I raggi uv, soprattutto quelli più energetici (gli uvB), non sono affatto benefici: provocano infatti scottature, eritemi e talvolta anche tumori della pelle. Ben prima che la melanina cominci a tingere le sue braccia per proteggerlo, comunque, l’uomo si sposterà dalla sua posizione e si dirigerà verso il bagno. La luce, l’aria fresca, il calore del sole colpiscono anche la donna, che però è

ancora restia a uscire. L’uomo rimane per un istante alla finestra, attraversato da parte a parte dai raggi X e dai raggi gamma, poi esce dalla stanza. Preme l’interruttore e riapre il circuito elettrico, bloccando alla fonte il flusso di elettroni che attraversava la lampadina. Questa si spegne all’istante, ma continua a emettere raggi infrarossi per qualche minuto, per disperdere il calore che aveva accumulato. Nel frattempo, l’uomo si dirige verso il bagno e preme un altro interruttore: un altro circuito si chiude, scorre un flusso di elettroni e un’altra lampadina si accende. L’energia elettrica che ha usato appartiene a una rete fittissima, prodotta da centrali lontane anche centinaia di chilometri. Le centrali possono essere di vario tipo: termoelettriche (se bruciano petrolio o combustibili fossili), idroelettriche, nucleari, geotermiche ecc… Ma tutte, o quasi, funzionano in base allo stesso principio: fanno ruotare una turbina e trasformano questa energia meccanica in elettricità in base alle leggi dell’elettromagnetismo. Tra queste, infatti, ce n’è una quasi magica detta legge di Faraday, in onore al fisico britannico Michael Faraday che la scoprì nel 1831: se si prende un circuito elettrico e lo si fa muovere in un campo magnetico, in esso si genera una forza elettromotrice simile a quella che genererebbe una batteria. Grazie a questo principio, le turbine delle centrali, immerse in un campo magnetico, possono produrre elettricità. In altre parole, è il principio della dinamo. Questo schema, ovviamente, è molto semplificato. Ma permette di capire alcune caratteristiche essenziali della corrente che usiamo tutti i giorni. Per esempio il fatto che si usi una corrente alternata, cioè che oscilla nel tempo invertendo instancabilmente la propria direzione, invece di una corrente continua come quella di una pila. Una delle ragioni è proprio il fatto che la corrente nelle centrali è generata dalla rotazione di una turbina, e quindi è ciclica per sua natura già in origine. Oltre a questo, c’è anche un altro motivo: in genere, la corrente alternata si trasmette a distanza con meno dispersione di energia. Ed è più conveniente usarla, sempre a causa della ciclicità, per ottenere l’effetto inverso, cioè trasformare l’energia elettrica in rotazione, come avviene in un frullatore o in un qualsiasi motore elettrico. La necessità di trasmettere l’elettricità con il minor dispendio di energia possibile è anche alla base di un’altra caratteristica delle linee di trasmissione:

l’alta tensione. Nei circuiti, infatti, ci sono sempre perdite energetiche a causa del cosiddetto effetto Joule, la conversione di elettricità in calore: in pratica si tratta dell’attrito che frena gli elettroni o le altre particelle che conducono l’elettricità. Cioè quello stesso fenomeno che nelle lampadine a incandescenza viene spinto all’estremo per generare la luce. Secondo le leggi dei circuiti, a parità di potenza trasmessa le perdite sono meno consistenti se la tensione è alta. Con una bassa tensione ci sarebbe dunque bisogno di una corrente più intensa, che caebbe più perdite energetiche per effetto Joule. Con l’alta tensione, invece, la corrente è minore e gli sprechi si riducono. Per raggiungere in maniera efficace tutto il territorio, la rete di trasmissione è strutturata, in un certo senso, a cascata, vale a dire con tensioni elevatissime in prossimità delle centrali e via via più basse nelle città e nelle case, così che in un certo senso fluisca spontaneamente dove ce n’è bisogno. La rete elettrica si può paragonare a una rete di canali, e la tensione all’altezza alla quale scorre l’acqua nei canali. Per fissare le proporzioni, potremmo far corrispondere un volt a un metro di altezza, e fissare il livello zero del potenziale, che in gergo tecnico si chiama “terra”, al livello del mare. Le centrali elettriche corrispondono a pompe che prendono l’acqua dal mare e la portano in quota. Quanto più potente è la stazione, tanta più acqua riuscirà a pompare. Il punto di partenza, vicino alle centrali, è di 380 chilovolt, equivalente a 380 chilometri di quota, cioè fuori dall’atmosfera oltre l’orbita della Stazione Spaziale Internazionale. Da qui l’acqua, nel paragone, scorre in leggera pendenza fino alle stazioni di trasformazione, dove si trova di fronte a una cascata che la porta alla quota di 150 chilometri. A questo punto comincia una rete di grandi arterie e l’acqua viaggia per decine o centinaia di chilometri fino alle cabine primarie, nei grossi centri regionali, dove la quota scende a 10 chilometri di quota e la rete raggiunge le città. L’acqua, infine, raggiunge le abitazioni a 220 metri d’altezza. Nel corso del viaggio e nelle stazioni di trasformazione ci sono alcune perdite, perché alcune particelle d’acqua cascano dalla rete e cadono a precipizio nel mare. In tutto il tragitto, si perde così circa il 10% dell’energia. Tutto il resto arriva a destinazione, in attesa che qualcuno prema l’interruttore e la corrente scorra: l’acqua potrà così fluire dai 220 metri di altezza (i 220 volt) e raggiungere il livello del mare (la “terra” di cui parlano gli elettricisti), ando

attraverso una serie di mulini e valvole (i circuiti) che permettono di sfruttare l’energia di questa caduta per fare qualcosa di utile: accendere un televisore, un computer, un frigorifero e così via. L’energia elettrica ha molti vantaggi. In sé non inquina, si può trasportare facilmente e si può agevolmente trasformare in altre forme di energia. Ma ha anche difetti, per esempio è difficile conservarla. È come un flusso d’acqua che scorre in continuazione e che può arrivare dappertutto, ma che è impossibile da immagazzinare. Per questo motivo le centrali devono funzionare a ciclo continuo ventiquattrore su ventiquattro, con la conseguenza che l’elettricità costa meno di notte (quando c’è, ma la usano in pochi) che di giorno. La rete elettrica nazionale è un grande circuito sempre in funzione. Nel quale, invece dell’acqua, scorrono gli elettroni, cioè particelle con carica elettrica negativa che si trovano negli atomi e quindi in tutte le sostanze esistenti. L’uomo che entra nel bagno e preme l’interruttore chiude dunque un circuito che si estende per centinaia di chilometri, congiungendo la rete di 220 volt alla terra attraverso la lampadina, che questa volta è una di quelle più moderne, a risparmio energetico. Il gas all’interno del bulbo di vetro viene elettrizzato e inonda l’ambiente di fotoni, mostrando all’uomo il suo obiettivo: il wc, in fondo alla stanza.

CAPITOLO 3

In bagno

L’uomo non è ancora ben sveglio ed è poco coordinato nei movimenti. Quando afferra la carta igienica, lo fa con una naturalezza tale che sembrerebbe un gesto innato, ma compie un’operazione inconcepibile fino a meno di secolo fa. La carta igienica è una conquista recente della nostra tecnologia. Per secoli si sono impiegati stracci, l’acqua dei fiumi, foglie. Gli antichi Romani usavano tra le altre cose lana o una spugna legata a un bastoncino. Nel Medioevo si adoperavano fieno e segatura. Gli esquimesi si servivano di neve o muschio, mentre in India la gente si lava da millenni con la mano meno nobile, la sinistra (bisogna sempre porgere la destra a un indiano!). Nonostante questo, la carta igienica ha un’origine antica. Come la carta, fu inventata in Cina. L’invenzione della carta risale a circa duemila anni fa, quella della carta igienica arrivò con qualche secolo di ritardo. Di certo a partire dalla fine del Trecento, durante la dinastia Ming, era prodotta in fogli per la corte imperiale. Nel mondo occidentale fu concepita molto dopo, soltanto nel 1857, quando lo statunitense Joseph Gayetty la produsse e commercializzò sotto forma di fogli impacchettati. Era chiamata therapeutic paper (carta terapeutica) e conteneva quantità significative di aloe come additivo. Non ebbe molto successo, perché la gente preferiva usare fogli di giornale o vecchi libri, come aveva sempre fatto, e anche i negozianti erano riluttanti a esporre un prodotto così imbarazzante per l’epoca. La situazione cominciò a cambiare nel 1879, quando l’inglese Walter Alcock inventò la carta igienica a rotoli e con i fogli a strappo, un prodotto che fu portato al successo pochi anni dopo negli Stati Uniti dalla compagnia dei fratelli Edward e Clarence Scott. E in Italia i rotoli morbidi conquistarono il mercato subito dopo la Seconda guerra mondiale, anche grazie agli americani che si trovavano nel nostro Paese.

Da allora, la tecnologia della carta igienica ha fatto i da gigante e oggi un buon rotolo deve essere morbido, assorbente, resistente e si deve strappare con facilità. Per ottenere una buona qualità è necessario fare attenzione alla materia prima, la cellulosa. Di solito si usano due tipi di fibre diverse. Una fibra più lunga che può ricavare dagli abeti delle zone nordiche, come Canada e Scandinavia, e una fibra più corta che si può ottenere per esempio dagli eucalipti. Nel corso della lavorazione, si fa in modo che queste fibre si intreccino il più possibile, in modo da aumentare la resistenza. L’uomo completa con indifferenza le sue operazioni e preme il pulsante dello sciacquone, estendendo ancora una volta le proprie membra ai marchingegni della casa e compiendo un altro gesto che l’umanità ha ignorato per millenni… con la possibile eccezione degli antichi imperatori cinesi, che a quanto pare facevano uso di sistemi simili a quelli moderni ben 2 mila anni fa (prima ancora dell’invenzione della carta igienica), per lo meno stando a un ritrovamento in una tomba della dinastia Han: un wc in pietra, con tanto di tubature per lo scarico. In Occidente, questa tecnologia non si conosceva ancora e la gente si dirigeva spesso all’aperto o nei pressi di un corso d’acqua. Nelle antiche città romane si potevano però trovare bagni pubblici, nei quali talvolta scorreva anche l’acqua per lavarsi, una prima forma di bidet. Nei secoli successivi, nelle città europee si è usato moltissimo il vaso da notte, che era spesso svuotato per strada, dalla finestra, anche dai piani alti… accadeva talvolta che qualche ante fosse centrato in pieno, e non erano rare le liti per questi motivi. Tuttavia, quando nel 1596 lo scrittore britannico Sir John Harrington inventò il sistema dello scarico, non fu subito un successo. Era forse considerata un’invenzione troppo snob, visto che Harrington era cortigiano e figlioccio della regina Elisabetta I. In ogni caso, si trattava di una valvola che rilasciava l’acqua contenuta in un serbatoio e la faceva giungere in un vaso collegato direttamente con un pozzo nero: un’idea quasi profetica, anche se il collegamento diretto con il pozzo nero era causa di spiacevolissimi odori. Questo inconveniente fu risolto in maniera ingegnosa nel 1775 dal britannico Alexander Cummings, che inventò un sistema dotato si sifone, ossia di un tubo a S. Il sifone ha un duplice vantaggio. Innanzitutto, quando il bagno è inutilizzato, contiene una quantità d’acqua necessaria a isolarlo dalla rete fognaria e impedire il ritorno dei cattivi odori nella casa. Un vantaggio che potrà sembrare di poco conto soltanto a coloro che non si siano mai trovati con il sifone prosciugato: agli altri, il ricordo dell’odore proveniente da profondità ignote sicuramente avrà

lasciato un segno nella memoria. Un altro punto di forza del sifone, per lo meno se ha la forma usata spesso per i wc, è la sua capacità di generare il risucchio quando si tira lo scarico, favorendo la pulizia di questa zona critica per l’igiene del gabinetto. Affinché si crei il risucchio è necessario che l’acqua arrivi tutta in una volta dalla vaschetta, altrimenti la nuova acqua si mischierebbe alla vecchia e la quantità eccedente scivolerebbe via nella rete fognaria, in modo più lento e graduale. In presenza di una massa d’acqua maggiore, invece, la spinta impetuosa crea un vuoto pneumatico che richiama altra acqua, un po’ come farebbe una bottiglia aperta e piena d’acqua messa a testa in giù. Dopo aver premuto il pulsante, dunque, generando un flusso improvviso di una decina di litri che ha spinto vigorosamente la sporcizia nella rete fognaria, generando anche un vuoto pneumatico che ha richiamato l’acqua pulita e riempito nuovamente il sifone, l’uomo va al lavandino a farsi la barba. La donna, invece, si infila silenziosamente dietro le tendine della doccia e apre l’acqua per lavarsi. Uno scroscio esce prontamente dai fori nel metallo e si sparge sul suo corpo e nello spazio attorno. Spinta dalla pressione che gli conferisce una pompa condominiale, l’acqua sgorga abbondante, senza cali di pressione. Arriva lì dopo aver percorso un lungo cammino che l’ha purificata al punto da essere quasi sprecata per un uso di questo tipo. Il suo viaggio era cominciato giorni prima, quando un’altra pompa l’aveva prelevata da un fiume o da una falda acquifera. Era sporca, allora, soprattutto se proveniva da acque di superficie, poiché laghi, fiumi e bacini sono ormai pieni di sostanze provenienti dagli scarti industriali e dalle fogne: batteri, nitrati, saponi, diserbanti, pesticidi e così via. Ma era stata trattata e immessa in un acquedotto. Gli acquedotti, cioè i sistemi per distribuire l’acqua nelle città, sono noti da millenni, e gli antichi Romani erano maestri nella loro costruzione. I sistemi di trattamento delle acque, invece, sono più recenti. Uno dei primi fu costruito a Londra nel 1829, per filtrare le acque del Tamigi. Ma dopo l’epidemia di colera che colpì proprio Londra nel 1854, si pensò a come rendere più sicuri gli impianti. La dimostrazione dell’importanza di queste strutture fu evidente nel 1892, quando la città di Amburgo, in Germania, fu colpita da un’altra ondata di colera, mentre la vicina Altona, dotata di un sistema di trattamento delle acque, fu risparmiata. Da allora, tutte le città europee e statunitensi si dotarono di sistemi simili. I processi di potabilizzazione sono oggi relativamente lunghi e complessi,

soprattutto se le acque di partenza sono molto sporche. L’acqua di superficie, in genere, subisce un trattamento più completo, mentre quella che proviene dalle falde acquifere ha già subito un filtraggio naturale e spesso salta le prime fasi. In generale, comunque, il primo o è la sedimentazione: si lascia l’acqua a riposo in grandi vasche per fare in modo che le sostanze solide più voluminose si depositino sul fondo o vadano a galla. In questo modo è possibile sbarazzarsi delle impurezze più grossolane, ma non di quelle più piccole e insidiose come batteri, amebe e veleni. Segue, quindi, in alcuni casi un processo di flocculazione, che prevede l’aggiunta di solfato di ferro o di alluminio. Queste sostanze si addensano attorno ad alcune particelle molto piccole e le rendono più voluminose e ingombranti. A questo punto si effettua un processo di filtrazione, per bloccare queste e altre particelle, attraverso uno strato di ghiaia e sabbia. Per ridurre i gas disciolti, come metano e ammoniaca, e migliorare l’odore, si usano altri filtri o si fa ricorso a una fase di aerazione. La durezza (vale a dire la concentrazione di calcio e magnesio) si riduce, invece, per mezzo di trattamenti chimici. Non è tanto per limitare il rischio di formazione di calcoli renali per chi beve (il nostro organismo si difende piuttosto bene), quanto per la salute delle nostre compagne macchine: caldaie, tubazioni, lavatrici e lavastoviglie si deteriorano in fretta in presenza di dosi eccessive di calcare. Privata di gran parte delle sue impurezze, l’acqua diventa limpida, ma è ancora piena di batteri e deve essere disinfettata. Lo si fa spesso con il cloro, che deve essere in seguito eliminato per mezzo di altri processi chimici, perché conferisce un odore e un sapore sgradevole. Ma esistono anche trattamenti diversi, a base di ozono o di raggi ultravioletti. A questo punto l’acqua è purificata, pronta per arrivare nelle nostre case ed essere bevuta. Spesso, però, è sottoposta a controlli aggiuntivi che ne garantiscano la qualità; per esempio può andare ad alimentare vasche che contengono trote o bivalve, che con il loro stato di salute testimonino la qualità del mezzo in cui si trovano. E può essere anche assaggiata da degustatori professionisti, che curano perfino il lato più effimero: il sapore. Dopo tutte queste vicende, ormai adatta a soddisfare anche il palato più esigente (almeno sulla carta), l’acqua si incanala in una rete di tubature, spinta sempre da una leggera pressione, raggiunge le città e i condomini, è pompata ai piani più alti, a in alcuni casi da uno scaldabagno che la riscalda, e resta in attesa di uscire dal rubinetto. Inonda il lavandino dove l’uomo si appresta a radersi e investe come una pioggia i capelli e il corpo della donna. Qui, come in tutte le

case, il suo destino è questo: purificata ad arte per poter essere bevuta, è usata invece soprattutto per lavare, lavarsi, tirare lo scarico e talvolta perfino per bagnare le piante. In altre parole: uno spreco. Ma l’acqua scorre, la donna canta allegra e l’uomo si bagna il volto, si cosparge di schiuma e fa are la lama sulla pelle. Non lo sa, o non ci fa caso, ma compie un gesto antico, che hanno compiuto anche i suoi nonni e i suoi bisnonni un secolo prima e che compivano anche, sebbene con tecniche diverse, gli uomini primitivi. In realtà non abbiamo certezze sulle abitudini dei nostri antenati più lontani, ma presumibilmente per recidere i peli usavano selci o ossidiane scheggiate, oppure gusci di conchiglie e denti di squalo. Questa tecnica può sembrarci grossolana, ma anche quelle che si svilupparono nei millenni successivi, con la metallurgia, non erano molto più raffinate. Gli antichi Romani usavano lame metalliche e anche in alcune regioni dell’Africa si sono usate lame simili a scimitarre. Rasoi d’oro e rame sono stati trovati in tombe egizie del IV millennio a.C. In tutte le culture la barba e la rasatura hanno sempre avuto un significato particolare. Nella cultura ebraica tradizionale, per esempio, l’uso del rasoio è vietato, a rigore, ma quello delle forbici è consentito. Oggi queste restrizioni sono poco osservate, ma chi vuole essere con la coscienza a posto può usare il rasoio elettrico, che è considerato uno strumento più tollerabile. Nel mondo arabo la barba è molto comune tra gli uomini. Nel mondo cristiano, invece, predominano gli sbarbati, tanto che al giorno d’oggi soltanto un uomo su dieci ha la barba, anche se non mancano le varianti intermedie con baffi, pizzetti, mosche, chin puff, sparrow, basette, basettoni. Chi si rade lo fa con tecniche che sono in continua evoluzione dal Medioevo. Un migliaio di anni fa cominciò infatti a diffondersi il rasoio a mano libera, cioè quello che usano tradizionalmente i barbieri e si apre mostrando la lama: è adatto soprattutto a chi deve radere, piuttosto che a chi deve radersi. Va bene per i barbieri, insomma, che tra l’altro nel Medioevo erano, in quanto esperti di lame, anche chirurghi. L’evoluzione del rasoio è proseguita lentamente nel corso della storia, per poi accelerare rapidamente negli ultimi due secoli e a dar vita a una quantità sorprendente di modelli. Il rasoio “di sicurezza”, con la lama alloggiata nel manico in modo da non provocare tagli, fu inventato nel 1828 a Sheffield, in Gran Bretagna. E nel 1895, King Camp Gilette ebbe l’idea di usare lamette usa e getta invece di quelle fisse. Erano più comode, perché non avevano lo

svantaggio di dover essere regolarmente affilate, e infatti le hanno ormai sostituite del tutto. Da allora, per alcuni decenni sono stati concepiti i rasoi più bizzarri: vibranti a batteria, con doppia testina (per le gambe, pare), dotati di spugna per assorbire il sapone, a forma di anello da inserire nel pollice, a testina triangolare, circolare e perfino ottagonale. Con il cosiddetto “gas shaver (di Foster)”, in commercio nel 1940 negli Stati Uniti, si arrivava perfino a sfidare il buon gusto: questo prodotto era venduto con un sacchetto di fagioli e un tubo per raccogliere le proprie flatulenze – dopo aver mangiato i fagioli, se occorre specificarlo – al fine di usarle per far vibrare la lama. Non è chiaro se ebbe successo, ma di certo non ha fatto storia, anche se fu imitato da un altro produttore. Il primo rasoio elettrico fu brevettato nel 1928 da Jacob Schick, un colonnello in pensione dell’esercito Usa, e fu messo in commercio nel 1931. Il rasoio interamente usa e getta, invece, fu introdotto nel 1971 dall’industria se Bic. E lo stesso anno la Gilette mise in commercio il primo bilama: migliorava la rasatura, perché la prima lama aiutava il pelo a uscire dal follicolo e la seconda lo recideva in profondità. Il resto è storia recente, con i trilama, i quadrilama, le strisce di balsamo lubrificante, le lamelle gommate, il ritorno delle vibrazioni. Ma sono tutte innovazioni di superficie, perché dall’invenzione del bilama nel 1971 non è cambiato molto nella sostanza. Lo pensa anche l’uomo mentre si guarda allo specchio con la faccia tutta impomatata, mentre dietro di lui la donna esce gocciolando dalla doccia. Se le lame fossero di ceramica come quelle dei coltelli giapponesi, tra l’altro, non ci sarebbe bisogno di cambiarle ogni volta, perché manterrebbero il filo molto a lungo. Sarebbero più fragili, perché la ceramica è un materiale rigido, resistente ma incapace di deformarsi. Se cadessero a terra si romperebbero facilmente e in tal caso bisognerebbe cambiarle. Anche se costassero di più, alla fine converrebbero molto rispetto alle lame metalliche usa e getta. Perché nessuno le vende, allora? Per il semplice motivo che le lame usa e getta sono un business molto più redditizio per le case produttrici. Non sempre il mercato va dove conviene ai consumatori, purtroppo, anche se un consumatore consapevole del proprio potere d’acquisto ha molte più possibilità di influenzare il mercato a suo vantaggio.

L’uomo fa una smorfia allo specchio e sul suo volto compare una striscia lucida nella schiuma. Si sente fresco e pulito, ma uno zoom rapido sulla sua pelle mostra quello che sembra un campo di battaglia dopo una strage: frammenti stracciati di barba, lacerazioni nella pelle, brandelli di epidermide. Alla fine rimarrà una superficie martoriata, sulla quale è destinata ad abbattersi come una condanna la doccia fredda del dopobarba. La pelle soffre, l’uomo la sente bruciare, ma si dà uno sguardo finale, compiaciuto, allo specchio e si dirige in cucina a fare colazione.

CAPITOLO 4

Cinque chilometri di musica

L’uomo entra nel soggiorno, va allo scaffale, prende un cd e lo inserisce nello stereo, a basso volume. Il disco comincia a girare, spinto da un motore elettrico, a circa cinquecento giri al minuto. Un piccolo laser mobile, vincolato a muoversi in linea retta lungo la direzione del raggio, emette un fascio coerente di luce rossa. Il laser prende a muoversi dall’interno e, mentre il disco gira, si sposta via via verso l’esterno per leggere tutte le informazioni che vi sono scritte e tradurle in musica. Le note cominciano così a diffondersi per la sala, toccare l’orecchio compiaciuto dell’uomo, conquistare i corridoi, poi il bagno, fino a giungere e sorprendere la donna che si sta asciugando davanti allo specchio. La donna ascolta e sorride. Il cd è comunque un piccolo miracolo della tecnologia. Fu lanciato sul mercato da Philips e Sony nel 1982, in Giappone, e conquistò il mondo l’anno dopo, affermandosi subito come standard. Già nel 1991, i compact disc venduti raggiunsero il miliardo di copie, mentre nel 2000 si arrivò a 3 miliardi e mezzo, condannando i vecchi dischi di vinile a 33 giri e a 45 giri alla lotta per la sopravvivenza. Oggi il 45 giri è del tutto fuori commercio, mentre gli lp (long playing) a 33 giri hanno ancora un mercato di apionati audiofili, che li ritengono in grado di garantire una migliore riproduzione sonora, sempre a patto di usare un impianto stereo all’altezza della situazione. E non manca chi pensa che, alla lunga, il vinile sopravviverà quando il cd sarà ormai definitivamente ato di moda. La storia della riproduzione musicale è lunga più di un secolo e ha apionato intere generazioni. Il progenitore dei moderni apparecchi fu il fonografo brevettato dal solito Thomas Alva Edison, nel 1878 (un anno prima della lampadina). Si trattava di un cilindro rotante di carta stagnola sul quale poggiava una puntina collegata a una membrana. Edison ne dimostrò l’efficacia il 6 dicembre 1877, riproducendo una voce che recitava una filastrocca: “Mary had a

little lamb”. Ma non pensava di usarlo per la riproduzione musicale. Alla fine, dal punto di vista pratico, la sua non si rivelò un’idea particolarmente felice. Ebbe più successo il grammofono, brevettato nel 1887 dal tedesco Emile Berliner e basato su un principio ideato per la prima volta dal se Charles Cros dieci anni prima. Per riprodurre il suono, in questo caso, si usava un disco di zinco ricoperto di cera, sul quale poggiava una puntina. Era fatto girare a mano con una manovella ed era poco pratico, ma rispetto al fonografo di Edison aveva il vantaggio che il disco si poteva riprodurre in modo relativamente semplice e se ne potevano fare altre copie. Nei primi anni del Novecento questa tecnologia si sviluppò rapidamente, fino a portare alla nascita del 33 giri subito dopo la Seconda guerra mondiale. E fu quest’ultimo a segnare l’età d’oro del rock’n’roll, dei Beatles e del jazz. Nei decenni successivi venne alla luce anche l’audiocassetta, ma la novità più importante fu proprio l’introduzione del cd, tra l’altro in un periodo in cui le case discografiche cominciavano a controllare in maniera sempre più dominante il mercato. Non è un caso che questa tecnologia si sia sviluppata grazie all’accordo tra due giganti dell’elettronica come Philips e Sony. E non è un caso che, a partire da quegli anni o poco prima, molte altre tecnologie abbiano cercato di imporsi e non ci siano riuscite per semplici ragioni commerciali, di lotta per la conquista del mercato. Tra gli sconfitti, il caso più noto è quello del formato di videoregistrazione Betamax della Sony, tecnicamente superiore al vhs della Jvc che però è diventato lo standard delle videocassette. Prima, almeno, che arrivasse l’analogo del cd per i film, il dvd. I cd, infatti, hanno dato vita ad altre “specie” tecnologiche, in particolare il cd rom e il dvd. Il cd rom (Compact disc read only memory) fu messo in commercio nel 1985, allo scopo di contenere informazioni digitali diverse dalla musica: divenne il fratello maggiore del floppy disc, capace di contenere 700 megabyte di dati invece di appena 1,4 megabyte. E commise il fratricidio, perché il floppy fu da allora condannato a un rapido declino. Nel 1998, invece, arrivò il dvd, o Digital versatile disc (originariamente Digital video disc), che assomiglia a un cd rom ma può contenere una quantità di dati molto maggiore, fino a 4,7 gigabyte su un solo lato e per singolo strato. E arrivare a 17 gigabyte su due lati e doppio strato. Mentre la nuova tecnologia blu ray, con un sistema di immagazzinamento ottico ancora più compatto, può arrivare a 25 gigabyte (50 per i dischi a doppio strato). Il successo del cd è dipeso anche al fatto di essere perfettamente adeguato alla

riproduzione musicale, perché può contenere un numero di canzoni equivalente a un piccolo concerto. Il dvd, grazie alla sua maggiore capacità, è adatto a contenere i film tradizionali, mentre la tecnologia blu ray è adatta per la riproduzione dei film ad alta definizione. Il vecchio e tradizionale cd, dunque, è destinato a essere superato dalle nuove tecnologie. Ma ha certamente fatto epoca, ed è presumibilmente destinato a rimanere a lungo nel mercato. La registrazione digitale del suono si basa su un principio molto diverso da quello del disco di vinile. In quest’ultimo caso, la puntina si muove su un solco avvolto a spirale e vibra in modo tale da riprodurre direttamente le vibrazioni sonore. Il cd, invece, si basa sul campionamento del suono a intervalli regolari di tempo: in fase di registrazione, il suono è analizzato 44.100 volte al secondo e convertito in segnali digitali, vale a dire in una sequenza di numeri. In fase di ascolto avviene l’inverso, e i segnali digitali sono convertiti in suono. In questa riconversione, a essere pignoli, è impossibile ricostruire perfettamente il suono originale, ma il nostro orecchio non è tecnicamente in grado di cogliere le differenze... anche se un apionato di vinile potrebbe avere qualcosa da ridire su questo punto. L’informazione sonora è scritta nel cd sotto forma di qualcosa di simile a un codice Morse, una sequenza di dati incisi nella struttura, che devono essere riconosciuti e letti dal fascio di luce laser che effettua la scansione. Il disco è un cilindretto di plastica, più esattamente policarbonato, spesso 1,2 millimetri e largo 12 centimetri. Durante il processo di lavorazione, su un lato sono inseriti una serie di rialzi microscopici, una sorta di isolette, ordinati in sequenza uno dietro l’altro lungo un percorso a spirale che parte dall’interno e si sviluppa verso l’esterno. Le isolette sono alte appena 125 nanometri, vale a dire circa un millesimo del diametro di un capello, sono larghe mezzo micron e hanno una lunghezza variabile tra 0,83 e 3,56 micron (un micron è un millesimo di millimetro). Sul o in plastica, viene aggiunto un sottilissimo strato riflettente in alluminio, poi ricoperto con uno strato di acrilico per protezione. Il disco gira, il fascio laser illumina il lato inferiore del cd, quello trasparente in policarbonato. Lo attraversa, raggiunge lo strato di alluminio ed è riflesso indietro. Il sistema di scansione è così preciso che riesce ad accorgersi delle piccole cavità nello strato riflettente, che corrispondono alle isolette nello strato adiacente di policarbonato. La luce riflessa nelle cavità è infatti leggermente sfasata rispetto a quella riflessa all’esterno, perché impiega un tempo leggermente maggiore per entrare nella cavità e uscirne. La sequenza di buche

non rappresenta direttamente i dati in codice binario. Piuttosto, il lettore effettua una serie di letture a intervalli regolari di tempo e associa un 1 a ogni cambio di livello, vale a dire al bordo di ogni buca, e uno 0 se il bordo non c’è, perché il laser è focalizzato su un punto interno o esterno alla buca. In tal modo, seguendo fedelmente il percorso di dati e mantenendosi sempre focalizzato, il lettore ricostruisce tutta l’informazione digitale della musica. Per evitare errori di lettura, molti dati sono ripetuti. E alla fine, la sequenza di cavità larga mezzo micron è avvolta a spirale in modo tale che la distanza tra due tratti adiacenti sia di 1,6 micron. A srotolarla e disporla in linea retta sarebbe lunga circa 5 chilometri. Un dvd si basa su un principio simile, solo che i dati sono contenuti in strutture ancora più piccole, il sistema per seguire le tracce è più evoluto e la scrittura può avvenire su più strati mantenendo invariato lo spessore totale di 1,2 millimetri del disco. A tal fine si ricorre a uno strato più esterno semitrasparente e a uno più interno riflettente. Per leggere su uno o sull’altro strato, il laser si focalizza nel punto giusto. Se deve seguire lo strato più esterno, che è semiriflettente, si focalizza direttamente lì. Per leggere lo strato più interno, invece, è sufficiente cambiare il fuoco: il laser attraversa in parte lo strato più esterno e legge la traccia interna. Lo stesso stratagemma si può usare sull’altro lato, arrivando a 4 strati di scrittura per ogni disco (o anche di più). Alla fine, il tracciato di dati di un dvd a doppio strato su due lati, se fosse srotolato come uno spago, potrebbe arrivare a coprire una distanza di circa 50 chilometri. Il disco gira e la donna è ormai quasi pronta. Il laser continua a spostarsi lentamente verso l’esterno in linea retta, per seguire un tracciato a spirale, mentre il disco continua a muoversi. Per garantire che la musica prosegua a ritmo costante, la velocità di rotazione diminuisce progressivamente quanto più il laser si sposta verso l’esterno. Se continuasse a girare sempre allo stesso modo, infatti, la velocità con la quale i dati ano attraverso il punto di lettura aumenterebbe nella zona più esterna e la musica diventerebbe progressivamente più veloce. Ma il nostro lettore è costruito apposta per evitare questa distorsione e un analogo sistema si usa per i cd rom dei computer e i dvd. Il lettore è anche costruito in modo da correggere il più possibile gli errori che incontra durante la scansione, per esempio a causa di graffi o polvere, e da non perdere il tracciato che deve seguire. Non è un compito facile, ma riesce a svolgerlo grazie alle straordinarie proprietà di coerenza del fascio laser che usa. La luce laser è infatti un tipo particolare di luce. Mentre quella normale è

composta da fotoni disordinati, che in genere si espandono in tutte le direzioni e si muovono ognuno per conto proprio, il laser è composto da fotoni perfettamente sincronizzati tra loro. Di solito sono tutti diretti in una direzione ben precisa e oscillano con la stessa frequenza. La luce normale è composta da fotoni che si possono paragonare a tante persone che si muovono disordinatamente in una piazza; la luce laser, nello stesso paragone, equivale a un plotone di soldati in marcia tutti con lo stesso o. I laser si basano su un fenomeno tipico del mondo microscopico, che non ha equivalenti nella nostra vita quotidiana, quello dell’“emissione stimolata”, e infatti il nome è una sigla che sta per Light amplification by stimulated emission of radiation, in italiano “amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione”. L’emissione stimolata si verifica quando un fotone raggiunge un atomo (o una molecola) che ha un eccesso di energia e lo “stimola” a produrre un fotone identico: un fotone-copia o un fotone-clone che dir si voglia. In altre parole, il fotone strappa energia all’atomo per creare una copia di se stesso. La particellaclone è identica alla prima e si muove esattamente nello stesso modo. Le due, perciò, si sovrappongono e si rafforzano a vicenda. In un laser, questo processo interessa moltissimi fotoni e moltissimi atomi, per cui la luce che ne fuoriesce può raggiungere una potenza molto elevata, sufficiente a tagliare i metalli vaporizzandoli all’istante o addirittura a innescare reazioni nucleari. La donna chiude la porta del bagno e si dirige verso la cucina, questa volta felice di andare a preparare la colazione. L’uomo l’aspetta con un sorriso seduto sul divano, mentre il lettore continua la scansione del disco. Il suo laser compattissimo, costruito con i cristalli, è un lontano parente del primo laser, realizzato nel 1960 dal fisico statunitense Theodore Maiman. Allora non si sapeva nemmeno a che cosa potesse servire quel nuovo fenomeno, ma oggi il laser è indispensabile in molti settori, dalla chirurgia all’industria elettronica, dalla ricerca scientifica alle misurazioni di precisione. Nella riproduzione musicale e nell’immagazzinamento ottico dei dati (cd rom e dvd) è insostituibile, perché è l’unico sistema capace di rilevare gli sbalzi di un milionesimo di decimetro nello strato riflettente di alluminio necessari a codificare l’informazione sonora. Se torniamo al paragone con il plotone di soldati tutti allineati con lo stesso o, le tracce da rilevare sul disco ottico sono di uno spessore pari a circa mezzo o (su un percorso di 4.800 i): è possibile farlo soltanto se il plotone è ben sincronizzato. Ci può riuscire un laser, ma non

la luce normale.

CAPITOLO 5

Il frigorifero

Uscita dalla doccia in accappatoio e rallegrata dalla musica, la donna è già in cucina e si appresta a preparare il caffè. Va al frigorifero e tira fuori il latte. Nel momento in cui apre lo sportello, la macchina, prima silenziosa, comincia a ringhiare. In realtà è un rumore sommesso, appena accennato, ma la donna è sensibile e lo percepisce in maniera netta e inequivocabile, con un po’ di fastidio. A produrre il lamento meccanico è il compressore, che si è messo in moto per compensare il flusso di calore che entra con l’aria dallo sportello. La donna pensa che la macchina sia difettosa e che andrebbe già sostituita. Ma è un pensiero ingrato, perché quel rumore lo fanno tutti i frigoriferi anche quando nessuno li apre, una volta ogni quarto d’ora circa, ed è indispensabile al loro funzionamento. Il frigorifero è infatti una macchina termica che consente di creare un ambiente a temperatura controllata, grazie a due elementi fondamentali: un termostato e un circuito chiuso nel quale scorre un liquido refrigerante spinto da un compressore. Il termostato è un dispositivo per tenere sotto controllo la temperatura. Questi strumenti si trovano negli impianti di condizionamento e riscaldamento, nei frigoriferi, nei forni, nei forni industriali, nei ferri da stiro, negli impianti di raffreddamento delle automobili. E funzionano di solito in base al principio della dilatazione termica, cioè in base al fatto che, scaldandosi, tutti i materiali si dilatano. In un termostato, a dilatarsi può essere una lamina bimetallica, vale a dire composta da due strati metallici adiacenti, che si espandono in maniera diversa facendola piegare: in tal modo, si può attivare un interruttore collegato con il sistema di controllo della temperatura. Ci sono poi i termostati elettronici, sempre più diffusi e molto precisi, basati sul fatto che la conducibilità dei metalli cambia con la temperatura. Il cuore del sistema di raffreddamento del frigorifero è comunque un circuito

composto da una serpentina interna al frigorifero (fredda), una serpentina esterna (calda), una valvola e il liquido refrigerante. Il principio fisico sul quale si basa il funzionamento è il seguente: un liquido, quando evapora trasformandosi in gas, ha bisogno di calore, che prende dall’ambiente circostante. Gli esempi non mancano. Il nostro corpo suda per rinfrescarsi: l’acqua che evapora, espulsa dai nostri pori, si trasforma in vapore e assorbe dalla pelle (raffreddandola) il calore necessario alla trasformazione. I panni bagnati stesi ad asciugare si raffreddano, perché cedono calore all’acqua che contengono e che evapora (un fenomeno favorito dal vento e dalla presenza di aria poco umida). È lo stesso motivo per cui abbiamo freddo quando siamo bagnati: l’evaporazione dell’acqua che ci ricopre assorbe calore dal nostro corpo. E la sensazione di freddo aumenta se al posto dell’acqua usiamo l’alcol, che evapora più rapidamente. Per raffreddare l’interno di un frigorifero si fa ricorso allo stesso principio, ma si usa un’apposita sostanza refrigerante, che a improvvisamente e assorbendo molto calore dallo stato liquido compresso a quello di gas molto più rarefatto. Il aggio avviene grazie a una valvola e la differenza di pressione tra le due parti è garantita da un compressore che aspira il gas dal circuito freddo, all’interno del frigorifero, e lo comprime nel circuito caldo, all’esterno, dissipando calore nell’ambiente circostante. La valvola, infine, è regolata da un termostato, che si preoccupa di mantenere la temperatura ideale alla conservazione del cibo, tra 1,7 °C e 3,3 °C. Il frigorifero è una delle invenzioni che hanno rivoluzionato il nostro modo di vivere, e non solo d’estate, quando fa caldo e desideriamo bere bevande fresche. Ogni casa ne ha uno, anche quelle che non hanno il televisore. Perché del televisore si può fare a meno, del frigorifero no. La ragione principale è che il freddo è utile per conservare il cibo, perché il cibo si deteriora principalmente a causa dei batteri che contiene, e i batteri sono molto sensibili alla temperatura. Quando fa caldo, sono più attivi e si riproducono molto più efficacemente. Il freddo, invece, rallenta l’attività batterica e ci consente di mettere da parte gli alimenti e conservarli per i giorni successivi. Questo principio di conservazione era noto anche ai nostri antenati, che quando potevano usavano il ghiaccio per conservare i cibi. In ato esistevano infatti mobiletti e perfino speciali cantine sotterranee, le ghiacciaie, per la conservazione del ghiaccio e della neve. Nell’Ottocento si cominciarono a sperimentare le prime macchine refrigeranti che si basavano sulla compressione ed espansione artificiale dei gas. La prima applicazione pratica fu realizzata

dall’australiano James Harrison, che nel 1856 ideò un metodo per raffreddare la birra subito adottato dalle industrie del settore. Un modello di frigorifero più simile a quello attuale fu inventato nel 1873 dall’ingegnere tedesco Carl von Linde, che usò come fluido refrigerante l’etere metilico. Questa sostanza era infiammabile e nel giro di pochi anni si ò all’ammoniaca, che però aveva anch’essa i suoi difetti: era tossica e, in caso di perdite, poteva essere pericolosa per la salute. Ancora oggi è usata in molti impianti industriali, ma non nelle case. La soluzione ai problemi di sicurezza domestica fu trovata nel 1931, quando la DuPont cominciò a utilizzare, al posto dell’ammoniaca, un clorofluorocarburo (Cfc) di nome Freon. I clorofluorocarburi sembravano un miracolo industriale: non inquinavano (si pensava) e non erano né tossici, né infiammabili. Furono usati anche in altre applicazioni, per esempio come agenti schiumogeni nelle bombolette spray. Ma in seguito, negli anni Ottanta, si scoprì che queste sostanze, rilasciate anche in quantità minime nell’atmosfera, salgono in altitudine, raggiungono la stratosfera e qui attivano una serie di reazioni chimiche di catalisi che portano alla distruzione di grandi quantità di ozono, un gas composto da molecole di tre atomi di ossigeno. Gli scienziati Mario Molina, Sherwood Roland e Paul Crutzen contribuirono più di tutti a scoprire che questi processi avevano portato al fenomeno del “buco dell’ozono”, cioè un enorme buco – in corrispondenza soprattutto del Polo sud - nello strato di ozono stratosferico che protegge il nostro pianeta dalla radiazione ultravioletta nociva e cancerogena che proviene dal sole. Per questo vinsero il premio Nobel per la chimica nel 1995. L’impatto di queste ricerche fu epocale. Nonostante le resistenze delle industrie produttrici, le nazioni industrializzate raggiunsero una serie di accordi che portarono al protocollo di Montreal e al bando totale dei Cfc in tutti i Paesi industrializzati a partire dal 1996, mentre ai Paesi in via di sviluppo è stato dato un margine di tempo maggiore per adeguarsi. Oggi, dunque, al posto dei Cfc si usano altre sostanze, come gli idroclorofluorocarburi, che sono simili chimicamente ma contengono un atomo di idrogeno in più nella struttura molecolare, una caratteristica che li rende meno pericolosi per l’ozono. I frigoriferi, insomma, sono stati per molti anni al centro di un infuocato dibattito ambientale, al quale soltanto recentemente è stata trovata soluzione. Il problema non riguardava tanto l’uso domestico, visto che i gas usati per il raffreddamento

si trovano all’interno di un circuito chiuso, quando la fine che dovevano fare le macchine da rottamare. Questa vicenda ci insegna come i processi industriali, anche quelli che sembrano più innocui per l’uomo e per l’ambiente, possono danneggiare seriamente la natura e avere conseguenze negative nei luoghi più lontani e inaspettati: l’uso di clorofluorocarburi nei Paesi industrializzati, per esempio, ha portato alla distruzione dell’ozono ad alta quota nelle zone polari, soprattutto in Antartide. Dobbiamo fare attenzione ai nostri rifiuti, perché possono disturbare gli equilibri naturali molto più di quanto possiamo noi stessi sospettare. Anche un’altra vicenda ci offre un insegnamento dello stesso tipo e ci dovrebbe richiamare alla cautela. È il caso dell’amianto, una sostanza usata a lungo nelle caldaie, nell’edilizia (misto al cemento), nei sistemi frenanti dei treni, nelle tende dei teatri. Sembrava una sostanza innocua e perfino provvidenziale, grazie soprattutto alle sue proprietà antincendio che la rendevano preziosa in molte applicazioni pubbliche. E invece si è scoperto che è un metallo altamente pericoloso per la salute, soprattutto perché produce minuscole schegge che, se inalate anche in quantità minime, possono provocare un cancro ai polmoni detto mesotelioma. Oggi l’uso dell’amianto è vietato, ma le operazioni di smantellamento delle vecchie strutture non sono ancora completate e molte persone sono esposte al rischio di contaminazione. In barba a tutti i problemi ambientali e di salute, l’uomo lancia un urlo. Dice che ha fame e vuole il caffè. La donna sospira, recupera il burro, la marmellata, il caffè; prende il pancarrè e lo infila nel tostapane.

CAPITOLO 6

La scienza del tostapane

La donna preme la leva di plastica e il pancarrè sprofonda nel tostapane e comincia ad abbrustolirsi. Trovandosi a una temperatura che supererà presto i 150 gradi, la sua superficie si seccherà e diventerà di colore bruno a causa di processi chimici complessi. Entreranno in gioco le reazioni di Maillard, che sono responsabili di tutte le croste e del sapore dei cibi arrostiti. Si chiamano così in onore dello scienziato se Louis Camille Maillard, che le scoprì nel 1912. Nel caso del toast, a queste reazioni che agiscono sui carboidrati e sugli amminoacidi si aggiunge il processo di caramellizzazione, che fa scurire gli zuccheri presenti. Alla fine di tutti questi processi, la superficie di pane sarà più povera di sostanze nutritive e più ricca di sostanze organiche complesse che generano il profumo pronto ad accarezzare le narici dell’uomo e della donna. Il principio della tostatura è stato usato fin dall’antichità, anche per dare sapore al pane, soprattutto a quello meno fresco. Ne facevano uso i Romani, e infatti il termine viene dal latino “torrere”, che significa appunto “tostare”. Nel corso della storia sono stati sviluppati molti modelli di tostapane, che consistevano spesso in aste metalliche per avvicinare il pane alla brace. Il tostapane elettrico fu inventato nel 1893 dalla società Crompton and Co, in Gran Bretagna, ma scaldava solo da un lato e rimaneva sempre . Il primo modello automatico, simile a quelli attuali, fu inventato nel 1919 dallo statunitense Charles Strite. Ma il successo dell’invenzione giunse dopo il 1928, quando dopo anni di lavoro lo statunitense Otto Fredrick Rohwedder inventò la macchina per affettare il pane. Oggi esistono molti tipi di tostapane, ma hanno tutti una struttura simile. Per tostare si usa un materiale reso incandescente dalla corrente elettrica, mentre per regolare il tempo di cottura si fa di solito ricorso a un meccanismo a molla. In qualche modello si usa un termostato, di solito una lama bimetallica, che – dilatandosi e contraendosi – accende e spegne il circuito che alimenta i fili elettrici incandescenti.

A generare il calore sono proprio i fili metallici che si riscaldano a causa dell’effetto Joule quando sono percorsi da elettricità. I fili sono spesso composti da leghe metalliche, soprattutto a base di nichel e cromo, e in molti modelli avvolgono sottili piastre di mica, per scaldarle e renderle incandescenti. A cuocere il pane non è comunque il contatto diretto con i materiali arroventati, ma il calore trasmesso dall’aria e dalle onde elettromagnetiche che essi emettono. Tutte le sostanze irraggiano infatti onde elettromagnetiche in ragione della loro temperatura. Ne emettono in quantità tanto maggiore quanto più sono calde. E all’aumentare della temperatura aumenta anche la frequenza delle onde emesse: per questo gli oggetti a temperatura ambiente (come il corpo umano) emettono spontaneamente soprattutto raggi infrarossi a frequenza relativamente bassa, mentre gli oggetti incandescenti emettono luce rossa, la lampadina genera luce bianca e alcune stelle caldissime irraggiano addirittura raggi X ad alta frequenza. La radiazione che emettono tutti gli oggetti dipende dalla loro temperatura, ma anche dalle particolari sostanze di cui sono composte. È possibile, però, distinguere la radiazione dovuta alla temperatura da quella dovuta ad altri fattori. Come si fa? Alla fine dell’Ottocento, i fisici lo avevano già capito: basta considerare la radiazione che esce da una cavità. Immaginiamo di avere una bolla di vuoto scavata in un blocco di ferro e accessibile tramite un minuscolo forellino. E immaginiamo anche un blocco di rame con la stessa struttura. Immaginiamo ora di rendere incandescenti il rame e il ferro: entrambe le sostanze emetterebbero una luce rossastra. La luce del blocco di ferro sarebbe un po’ diversa da quella del blocco di rame; ma la luce che si formerebbe nelle due cavità e che uscirebbe dai due forellini sarebbe esattamente la stessa. La radiazione emessa da una cavità è, quindi, una caratteristica a sé stante, che non dipende dal materiale nel quale è inserita, ma soltanto dalla temperatura, come aveva capito il fisico tedesco Gustav Kirchhoff già nel 1859. Siccome quando si pensa a una cavità si pensa a un luogo buio, questa radiazione è stata battezzata “radiazione di corpo nero”. Tutte le cavità emettono radiazione di corpo nero, tranne quelle (ipotetiche) che si trovano allo zero assoluto, vale a dire la temperatura più bassa possibile, pari a -273,16 °C. Soltanto che per temperature basse, inferiori o uguali alla temperatura ambiente, la radiazione di corpo nero è troppo debole e di frequenza troppo bassa per essere vista dai nostri occhi.

Tutti questi possono sembrare dettagli insignificanti, ma a cavallo tra l’Ottocento e il Novecento, lo studio della radiazione di corpo nero portò a una sorpresa, a un fatto che avrebbe avviato una rivoluzione nella fisica e avrebbe portato dopo diversi anni alla nascita della moderna teoria della meccanica quantistica. Il protagonista inconsapevole di questa rivoluzione è stato il fisico tedesco Max Planck. Quando da giovane studente Planck si rivolse a un professore di fisica, questi gli disse che a quei tempi le leggi fondamentali erano già state scoperte tutte, e che ai fisici ormai non rimaneva altro che svolgere i calcoli. Molti scienziati, a quei tempi, la pensavano così. Ma nel 1900, a 42 anni, Planck trovò qualcosa di nuovo. Scrisse infatti la formula matematica che descriveva in maniera accurata la radiazione di corpo nero. Cercò di dare una spiegazione alla sua formula, ma non riuscì a trovare niente di convincente per i canoni del tempo. E perciò ricorse a quello che definì “un atto disperato”: ammettere che la radiazione dovesse essere emessa dalle pareti della cavità sotto forma di pacchetti minimi di energia, che chiamò “quanti” (in seguito sarebbero stati chiamati “fotoni”). L’energia di un quanto di radiazione doveva essere proporzionale alla sua frequenza. Quest’ipotesi apparve a quei tempi come un astratto artificio matematico, senza un significato particolare. Ma nel 1905 Einstein la utilizzò per spiegare un fenomeno fisico fino ad allora misterioso: l’effetto fotoelettrico, in base al quale un metallo colpito dalla luce può emettere elettroni. Einstein capì che quando un fotone colpisce il metallo, può essere assorbito e liberare un elettrone. Nei decenni successivi, nacque e si affermò la meccanica quantistica, che descrive bene questo e altri fenomeni del mondo microscopico. L’ironia della sorte ha voluto che Einstein non amasse molto questa teoria, che considerava incompleta, ma che vincesse il premio Nobel proprio per aver contribuito al suo sviluppo con la spiegazione dell’effetto fotoelettrico. Non vinse mai il Nobel, invece, per la sua teoria della relatività, con la quale egli stesso si identificava maggiormente. L’uomo spalma il burro sul pane caldo e guarda la marmellata. La donna, invece, prima di mangiare deve fare il caffè. Impugna l’accendigas con la mano destra e lo punta contro i fornelli. La mano sinistra preme sulla manopola che regola l’uscita del gas, mentre la destra preme sul pulsante dell’accendigas e innesca una serie di meccanismi che generano la scintilla. Il comando parte dal cervello della donna, dove prende forma un impulso elettrochimico che giunge ai muscoli della mano. Poi, non viste, sotto lo strato di epidermide, le lunghe molecole di actina cominciano a scorrere tra quelle di miosina e le fibre muscolari si contraggono. La macchina biologica aziona quella tecnologica, e la spinta

giunge attraverso i meccanismi dell’accendigas a un cristallo contenuto al suo interno. Quest’ultimo non è un minerale qualunque, ma un cristallo piezoelettrico, come quello degli orologi al quarzo, che ha la proprietà di generare una differenza di potenziale elettrostatico ai suoi estremi quando è compresso. Lo fa perché, quando sono sotto pressione, gli atomi o le molecole che lo compongono si deformano e producono un piccolo campo elettrico. Nel cristallo, però, gli atomi sono disposti in maniera ordinata, schierati come un plotone, per cui i piccoli campi elettrici di ogni atomo si sommano e si ingigantiscono. Il cristallo stimolato dalla donna sviluppa in un istante diversi chilovolt di tensione elettrica ai suoi estremi, un valore molto superiore a quello delle prese elettriche. Se fosse isolato, questa tensione rimarrebbe accumulata al suo interno. Nell’accendigas, però, la differenza di potenziale è trasmessa a due punte vicine e genera un campo elettrico intenso. Come in un fulmine, l’aria si “lacera” e avviene una scarica elettrica. Più precisamente, gli atomi dell’aria si scompongono in particelle elettricamente cariche: elettroni con carica negativa e ioni (atomi privi di elettroni) dotati di carica positiva. Elettroni e ioni si muovono in direzioni opposte e accelerano spinti dal campo elettrico, colpendo e spezzando altri atomi neutri. Gli atomi si disintegrano con un processo a valanga che genera sempre più particelle cariche sempre più veloci e in breve tempo avviene il disastro: l’aria si arroventa e genera un lampo di luce. È la scintilla. Il principio è lo stesso che si verifica quando scocca un fulmine, e uno dei primi a dimostrarlo (fu anticipato di qualche settimana dal se Thomas-François Dalibard) fu il fisico statunitense Benjamin Franklin, che nel giugno dei 1752, a Filadelfia, effettuò con l’aiuto del figlio William un esperimento ato alla storia. Durante un temporale, lanciò un aquilone di seta con struttura in legno, legato al suolo da un filo, sempre di seta, al quale era attaccata una chiave. Quest’ultima era a sua volta collegata con uno strumento detto “bottiglia di Leida” (dal nome di una città olandese), che serviva ad accumulare elettricità fino a far scoccare una scintilla al suo interno. Quando si accorse che i peletti del filo di seta si rizzavano, a causa della tensione elettrostatica che evidentemente si andava accumulando nell’aria, Franklin avvicinò il proprio dito alla chiave. E vide una scintilla scoccare sulle proprie nocche, dimostrando la natura elettrica del fenomeno. Franklin condusse l’esperimento con accortezza, ma si sottopose a un grande rischio e fu fortunato. In realtà il suo esperimento dimostrò la presenza di

elettricità nell’aria, ma se veramente fosse arrivato un fulmine lo scienziato avrebbe rischiato la vita. Nei fulmini scorre infatti una corrente di circa 20 mila ampere, capace di scaldare l’aria a 25 mila gradi, vale a dire 4 volte più della superficie del sole. Per uccidere un uomo può bastare anche una corrente da 1 ampere, ma i fulmini non sempre sono mortali, perché durano soltanto pochi millisecondi: le vittime subiscono uno shock violento e gravi ustioni, ma si possono salvare. In ogni caso, le scariche dei fulmini è meglio non andarsele a cercare: pochi mesi dopo Franklin, il fisico Georg Wilhelm Richmann effettuò un tentativo simile a San Pietroburgo. Ma fu più sfortunato, o forse meno attento, e rimase vittima dell’esperimento. La scintilla dell’accendigas lacera dunque l’aria e infiamma il gas che esce dal fornello. Dopo qualche istante, il caffè esce dalla macchinetta: la donna lo mischia al latte e lo porta al tavolo per la colazione. L’uomo prende il cucchiaino e se ne serve per raccogliere lo zucchero, metterlo nella tazza e girare. Poi, in un secondo momento, lo usa per portare alla bocca il caffellatte e i biscotti inzuppati. I suoi gesti hanno radici antiche. Qualcuno ritiene perfino che il cucchiaio fosse il primo utensile usato dall’uomo per mangiare, considerando che il cibo solido si può prendere con le mani, a differenza di quello liquido. Possiamo immaginare che i primi cucchiai fossero gusci di ostriche, cozze, vongole, ma non abbiamo prove. I gusci da soli, però, sebbene meglio delle sole mani, avevano anche difetti, per esempio il fatto che per usarli era necessario bagnarsi le dita. Facile immaginare, perciò, che dai gusci si ò a un cucchiaio primitivo che includeva un manico in legno. Con lo sviluppo della metallurgia, fu possibile costruire cucchiai di forma arbitraria, diversa da quelle che imponeva la natura. E fu così che dal XIV secolo in poi il cucchiaio assunse le forme più svariate ed è stato circolare, ellittico, ovoidale e perfino triangolare. Ma a parte qualche piccola variante, la classica forma tondeggiante si è dimostrata la più adatta e ci è così giunta direttamente dalla preistoria, praticamente invariata.

CAPITOLO 7

Le calze e la cerniera

La donna si toglie la vestaglia, apre il cassetto dell’armadio e tira fuori gli slip e il reggiseno da indossare. Un gesto quotidiano, al quale non fa neanche più attenzione, che le sue antenate un paio di secoli fa avrebbero considerato scandaloso: portare le mutande, fino all’Ottocento, era affare da uomini o da prostitute. Le mutande – beninteso – esistevano già, ma a Parigi all’inizio del ’700 le indossavano soltanto tre donne e venti uomini su cento, quasi esclusivamente tra i nobili. Il reggiseno, invece, nell’Ottocento non esisteva affatto: fu inventato nel 1914 dall’americana Mary Phelps Jacob, discendente di quel Robert Fulton che realizzò il primo sommergibile moderno, il Nautilus (1800) e il primo battello a vapore, il Clermont (1807). L’invenzione di Mary Phelps Jacob, a base di corsetti e stecche di balena, fu forse più futile ma non meno rivoluzionaria. I piedi della donna s’infilano lentamente nel tessuto nero trasparente e una velo di sensualità accarezza la pelle. Come sempre, la donna che si mette i collant prova piacere in questa sua azione quotidiana: l’aiuta a sentirsi più sexy. E questo piacere effimero le calze di nylon l’hanno provocato da sempre, fin dal loro esordio nel mercato il 15 maggio del 1940, soprannominato l’N-Day, vale a dire il giorno del nylon. Andarono subito a ruba e tutte le riserve di 5 milioni di calze furono vendute entro la fine della giornata. Il nylon fu inventato nel 1934 nei laboratori della DuPont da un gruppo guidato dal chimico statunitense Wallace Hume Carothers, già noto per aver guidato il team che aveva sviluppato il neoprene, una delle prime gomme sintetiche. La nuova fibra, ottenuta inizialmente da una comune siringa, risultò subito più resistente di quelle in commercio e fu chiamata inizialmente “fibra 66”, ma poi il nome subì una rapida evoluzione fino a divenire quello attuale. Nel 1938, un anno dopo la tragica morte di Carothers, la DuPont mise in commercio il nylon sotto forma di fibra e di sostanza solida in grado di cambiare facilmente forma. Il

successo arrivò con le calze. Ma dopo l’attacco di Pearl Harbor, il 7 dicembre 1941, gli Stati Uniti presero parte alla Seconda guerra mondiale e tutto cambiò: cessò la produzione di calze e cominciò quella di paracadute, tende e corde. Il nylon è soltanto un esempio delle molteplici forme delle materie plastiche, uno dei grandi miracoli della tecnologia del Novecento. Fino a un secolo fa, questi materiali non esistevano affatto, e nessuno poteva nemmeno lontanamente immaginare che l’uomo li avrebbe costruiti e prodotti nell’infinita gamma che è oggi ovunque attorno a noi, dai vestiti, ai componenti elettronici, alle automobili. Secondo le stime di Apme, l’Associazione dei produttori europei di materie plastiche, nel 2012 la produzione di questo materiale nel mondo è arrivata a 288 milioni di tonnellate, in crescita del 2,8% rispetto all’anno precedente. Con molti problemi che restano aperti dal punto di vista dell’inquinamento ambientale dovuto ai rifiuti e del riciclo. La versatilità è proprio il vantaggio principale della plastica. La parola stessa deriva dal greco plastikos, che vuol dire malleabile. Le materie plastiche sarebbero dunque quelle resine sintetiche che possono essere facilmente modellate, e che mantengono la propria forma dopo la fabbricazione. Ma ogni classificazione risulta alla fine troppo riduttiva, perché al giorno d’oggi la plastica può essere fabbricata con le proprietà più disparate: dalle soffici schiume di poliuretani che si usano per i divani, al tenacissimo kevlar dei giubbotti antiproiettile. Ciò che veramente accomuna tutti i tipi di plastica è la struttura microscopica. Cioè il fatto di essere composti da un ammasso di lunghe molecole organiche, dette polimeri, che si sintetizzano a partire soprattutto dal petrolio. Anche in natura ci sono molti polimeri, come le proteine, il dna, la cellulosa e l’amido. Mentre i polimeri naturali si dispongono in strutture organizzate come cellule e tessuti, nelle plastiche s’intrecciano in maniera disordinata, un po’ come un mucchio di spaghetti. È per questo che, quando un oggetto di plastica subisce una deformazione, in genere i polimeri scorrono l’uno sull’altro e si adattano alla nuova forma. Si spiega così la proprietà della plasticità: il materiale rimane deformato anche quando cessa la spinta esterna. Non si spezza, come farebbe un cristallo, né si riassesta come farebbe un elastico. A imbattersi in questo nuovo materiale all’inizio furono scienziati, artigiani e inventori. Negli anni Trenta dell’Ottocento, il chimico tedesco Justus von Liebig e il suo studente se Henri Victor Regnault scoprirono il cloruro di vinile,

dal quale si ottiene il pvc (policloruro di vinile), un materiale che resiste all’acqua e al fuoco: se infiammato, rilascia atomi di cloro che inibiscono la combustione. Negli stessi anni, Charles Goodyear cominciò in carcere gli esperimenti gli fecero scoprire nel 1839 il processo di vulcanizzazione: trattando il caucciù con zolfo, si accorse che miglioravano le proprietà elastiche e la resistenza ai solventi. Goodyear morì povero e ignaro del fatto che, sulla scia delle sue ricerche, sarebbe nata la fabbrica di pneumatici che porta ancora il suo nome. Miglior fortuna in vita ebbe invece Alexander Parkes, che nel 1862 vinse un premio per aver creato la parkesina, una sostanza artificiale dura e flessibile, a base di nitrocellulosa. E la nitrocellulosa fu utilizzata nel 1889 anche da George Eastman, fondatore della Kodak, anche per fare pellicole fotografiche. Seguirono altri importanti successi industriali, come la scoperta del cellofan. Ma fu soltanto nel 1922 che il chimico tedesco Hermann Staudinger scoprì i principi della polimerizzazione, cioè dei processi chimici e fisici che portano alla formazione dei polimeri a partire dai loro mattoni base, i monomeri. Staudinger vinse il Nobel per la chimica nel 1953 e la sintesi della plastica cessò così di essere un’arte e diventò una vera e propria scienza. Allo sviluppo del settore contribuì l’italiano Giulio Natta, che nel 1963 vinse il premio Nobel per la chimica per la scoperta di metodi di produzione di polimeri con una struttura interna ordinata, in particolare del polipropilene isotattico, noto al grande pubblico con il nome commerciale di Moplen. La classificazione delle materie plastiche è molto complessa, e si basa di solito sui polimeri che le compongono. I poliuretani, per esempio, si ottengono dalla polimerizzazione di molecole dette diisocianati e sono usati per finte pelli, suole, colle, schiume sintetiche per materassi e cuscini. Le schiume di poliuretani sono usate anche nell’edilizia, per isolare dal freddo e dai rumori. E ha applicazioni simili anche il polistirene (o polistirolo) espanso, ottenuto dalla polimerizzazione dello stirene in presenza di un agente espandente. Il polistirene normale è invece rigido e si usa per elettrodomestici, giocattoli e anche in alcune parti delle automobili. La donna finisce di vestirsi assaporando con una certa vanità il fascino di un materiale inventato dall’uomo. Si allaccia con un gesto che risale agli antichi Romani, quando i bottoni si infilavano dentro lacci che uscivano appositamente dal taglio del vestito. Questi lacci avevano però lo svantaggio di rompersi facilmente, per cui nel XIII secolo nacque l’attuale sistema di bottoni e occhielli, che si affermò lentamente e progressivamente nei secoli successivi. Nel XIV e XV secolo divenne sempre più di moda e cominciò a determinare alcune

caratteristiche dei vestiti che sono sopravvissute fino ad oggi. Gli uomini preferivano avere i bottoni sul lato destro della camicia, per allacciarsi comodante con la mano destra, mentre le donne nobili avevano i bottoni sul lato sinistro, in corrispondenza della destra di chi le vestiva. Queste usanze nell’abbigliamento sono arrivate praticamente invariate fino a noi, con la sola innovazione del bottone automatico, inventato nel 1886 dal se PierreAlbert Raymond. L’uomo è invece alle prese con le gioie e i dolori dell’ingegneria meccanica. Ancora una volta, la cerniera lampo gli si è incastrata, così come è successo innumerevoli volte ad altri uomini e altre donne, soprattutto a cavallo tra la fine dell’Ottocento e l’inizio del Novecento. Questo tipo di chiusura, in origine, era molto diverso da com’è oggi. Nacque da un’idea dell’inventore statunitense Elias Howe, lo stesso che brevettò una delle primissime macchine per cucire nel 1819. Nel 1851 Howe brevettò una “chiusura automatica continua per l’abbigliamento”, una serie di fibbie connesse da un laccio. L’idea non ebbe successo, ma fu ripresa dal suo connazionale Whitcomb Judson, che nel 1893 brevettò un dispositivo per allacciare le scarpe, composto da fibbie metalliche connesse da una guida. Era solo l’inizio. Negli anni successivi, nonostante le difficoltà finanziarie, Judson arrivò a produrre un dispositivo a incastro - composto da una serie di uncini su un lato, che si incastrava in una fila di occhielli sull’altro lato connesso a una striscia di tessuto, che era una sorta di progenitore più ingombrante e difettoso della moderna cerniera lampo e fu chiamato C-curity. Nonostante le campagne pubblicitarie ne garantissero l’affidabilità, questa nuova abbottonatura si apriva nei momenti più inaspettati, mettendo a rischio la reputazione di chi la indossava. Entrò in scena, a questo punto, lo svedese Otto Frederick Gideon Sundback, che lavorò per anni al prodotto e nel 1913 escogitò un nuovo sistema senza occhielli, simile a quello attuale: i due lati della cerniera avevano denti a forma di cucchiaino, con il lato concavo girato verso il basso: la guida, nello scorrere, portava i denti a incastrarsi, garantendo la chiusura. Anche se il primo impianto di produzione del nuovo prodotto si ruppe già durante l’inaugurazione, dopo aver generato pochi centimetri di cerniera, questa volta i problemi tecnici più seri erano risolti. L’invenzione, però, non incontrò i favori del pubblico, probabilmente perché si trattava di qualcosa che nessuno aveva mai visto prima e della quale non si sentiva l’esigenza.

Le vendite aumentarono durante la Prima guerra mondiale, grazie all’interessamento dell’esercito e della marina. Ma poi ci fu un calo. Finché una ditta chiamata Goodrich cominciò a usarla per i suoi stivali. Un giorno, di fronte a un venditore che esprimeva perplessità, il presidente Bertram Work rispose: “abbiamo bisogno di una parola d’azione… qualcosa che drammatizzi il modo in cui la cerniera si chiude… perché non lo chiamiamo “zipper”? (In inglese, zip indica anche il rumore dovuto al movimento di un proiettile nell’aria). Work coniò questa parola soltanto per l’allacciatura dei suoi stivali, ma il termine finì per indicare le cerniere in generale, dimostrando che a volte le parole sfuggono alle intenzioni e al controllo di chi le crea. In ogni caso, la cerniera lampo fu usata all’inizio per tutto - dagli astucci ai rivestimenti - fuorché per i vestiti. Almeno fino a quando la stilista Elsa Schiapparelli la usò nella sua collezione primaverile del 1935. Oggi è diffusa ovunque, e ci testimonia il fatto che non tutte le invenzioni nascono da una singola idea geniale. Alcune, come la cerniera lampo, hanno avuto uno sviluppo lento e faticoso, nel corso del quale si sono adattate sempre meglio alla funzione che dovevano svolgere. E a volte è necessaria la fantasia di una stilista per trovare la loro collocazione più adatta. Anche l’uomo, dopo le difficoltà iniziali, sembra essere ormai a posto. Si dà ancora uno sguardo allo specchio dell’ingresso, aspetta un attimo che anche la sua compagna indossi il cappotto, prende le chiavi della macchina ed esce di casa insieme a lei.

CAPITOLO 8

In macchina

L’uomo apre la porta e cede il o alla compagna. La coppia abbandona il rifugio nel quale si trovava, l’involucro che durante la notte ha protetto il loro riposo, l’evoluzione di quella che per i loro lontanissimi avi era la caverna o la capanna. Piove, il cielo è cupo. La donna apre con un sospiro l’ombrello e si dirige verso l’automobile. L’oggetto che impugna e che ripara lei e il marito dalla pioggia è un altro involucro di protezione, un guscio portatile di origini antichissime: l’ombrello. Il suo uso è documentato in Cina, Mesopotamia, Iran, India, Grecia ed Egitto a partire da migliaia di anni fa. Il termine attuale deriva dal latino “umbra”, che testimonia l’uso principale che se ne faceva: ripararsi dal sole. Anche nell’Ottocento i parasoli erano molto usati dalle signore ed erano spesso piccoli e adornati di pizzi e nastri. Gli ombrelli per la pioggia, invece, trasportati da servi, erano grandi e coprivano anche più persone, ma gli uomini si riparavano più comunemente con le mantelle e con i cappelli. I tempi sono cambiati, e il modello che adesso l’uomo cerca di prendere in mano è talmente diverso nello spirito e nella realizzazione da sembrare quasi un’invenzione diversa. Infatti è piccolo e non basta a coprire bene nemmeno una persona, poi è leggerissimo, testato in galleria del vento come le automobili e gli aeroplani e composto da materiali impensabili fino a pochi decenni fa: la struttura metallica è leggera e relativamente robusta, mentre il tessuto è sintetico. L’uomo e la donna arrivano alla macchina. La carrozzeria, costruita in lamiera stampata, saldata elettricamente e trattata con procedimenti protettivi antiossidanti, brilla sotto le gocce di pioggia e costituisce un altro involucro mobile, una sorta di casa portatile, verso la quale la coppia si sta dirigendo. L’uomo accompagna la donna allo sportello e preme un pulsante sulla chiave. Nascosto, sotto il dito, un piccolo circuito si attiva con l’energia fornita da una

piccola batteria e la trasforma in un impulso di onde radio, il quale viaggia per qualche metro espandendosi invisibile nell’aria e raggiunge una centralina nella macchina. La centralina – la stessa che segnala con un bip quando si dimenticano i fari accesi o la cintura non allacciata – raccoglie le onde radio, riconosce un codice che le era stato impresso durante l’istallazione e compie l’azione decisiva: invia elettricità agli attuatori, che la trasformano in movimento. In pratica, aprono e chiudono la serratura. Gli attuatori possono anche essere azionati in altro modo, dalla chiave (non direttamente, come nei vecchi modelli, ma sempre attraverso la centralina) o dalle maniglie all’interno dell’abitacolo. L’uomo aspetta che la donna entri, poi fa il giro e si dirige al suo posto. Finalmente è seduto nella sua nuova macchina. Prende il volante, stringe le mani e sente la sua presa agire docilmente, grazie al servosterzo, sulle ruote. La macchina è ora in suo potere, è la naturale estensione delle sue membra e lo porterà esattamente dove dirà lui. Le chiavi entrano nella serratura del cruscotto e le dita esercitano una torsione che si trasmette subito all’impianto di avviamento. Spinta da un motore elettrico, una ruota dentata si inserisce nel meccanismo del cambio e avvia il movimento dei pistoni. Il motore tossisce, tossisce un attimo di troppo e poi parte. L’uomo lascia la chiave, la ruota dentata si stacca dal meccanismo del cambio e ritorna nella posizione originaria: il motore si è ormai avviato e procede per conto suo. L’uomo tiene il piede sinistro schiacciato sulla frizione, in modo da isolare il movimento del motore dalle ruote. È soddisfatto e dà un colpetto impercettibile di acceleratore. La donna lo nota e sbuffa, si gira dall’altra parte. L’uomo pensa alla sua macchina nuova e si ricorda di quando era più giovane e aveva provato più volte quella sensazione con la sua vespa appena comprata. Ricorda il periodo apionante del rodaggio, quasi un rito d’iniziazione del motore, un rito di cui lui era il sacerdote. Oggi le auto non le rodano più, non ce n’è bisogno: arrivano già pronte sul mercato, perché i processi di lavorazione sono molto più accurati. Ma non fa niente. L’uomo non rinuncia a pensare che il modo in cui guiderà la sua automobile per i primi chilometri lascerà una sorta di imprinting, un’impronta digitale del suo modo di guidare, e quindi si appresta a farlo con la massima serietà. Pregusta i molti chilometri che percorrerà con la sua auto e sa che l’automobile non lo deluderà, lieta di muoversi ai suoi comandi.

Le automobili, dopotutto, sono costruite per divorare i chilometri e non amano stare ferme troppo a lungo. Stanno meglio se si usano di più, soprattutto se devono percorrere lunghe distanze su una buona strada. Il motore a scoppio di cui l’uomo sente le vibrazioni è un gioiello della meccanica. Fino a fine Ottocento, motori di questo tipo non esistevano affatto. Erano i cavalli a portare in giro le persone, e i cavalli affollavano le grandi città creando spesso problemi di traffico e di igiene con le loro deiezioni. Nel frattempo, gli ingegneri acquisivano familiarità con il funzionamento delle macchine e dei motori, sempre più usati da quando James Watt aveva costruito la prima macchina a vapore nel 1776. E scoprirono il potere del petrolio e dei suoi derivati: bastava una goccia del liquido nero agitata in un piccolo contenitore per provocare un’esplosione. Fu così che gli italiani Eugenio Barsanti e Felice Matteucci arrivarono nel 1853 a realizzare il primo motore a scoppio, che utilizzava una miscela esplosiva di aria e gasolio. Il gasolio era nebulizzato, al fine di aumentare la superficie di scambio con l’aria e rendere la combustione più rapida ed efficiente. Ben presto l’idea fu sviluppata ulteriormente e nel 1876 l’ingegnere tedesco Nikolaus Otto costruì il primo motore a 4 tempi. Nel 1885, il tedesco Gottlieb Daimler, allievo di Otto, insieme al suo assistente Wilhelm Maybach, sviluppò il primo motore a scoppio adatto a un’automobile; ma come prima cosa lo misero su due ruote, creando la motocicletta. Il motore di Otto era costituito da un solo cilindro e andava a gas, mentre quelli moderni hanno più cilindri e usano una miscela di aria e benzina. Il principio di funzionamento, però, è simile e si basa su un pistone che sale e scende all’interno di una camera di combustione cilindrica, collegato tramite un braccio metallico a un asse in rotazione. Il motore è detto “a quattro tempi”, perché il suo funzionamento è ciclico, e ogni ciclo è suddiviso in quattro fasi: aspirazione, compressione, scoppio e scarico. La fase di aspirazione avviene quando il pistone si muove verso il basso, aspirando come una siringa la miscela di aria e benzina attraverso una valvola detta “di aspirazione”. Fino a non molto tempo fa, questa miscela era preparata da un elemento detto carburatore; ma nelle macchine moderne si usa un sistema più preciso, l’iniezione, che consiste nell’immettere direttamente aria e benzina nella camera di combustione. Giunto nel punto più basso della sua corsa, il pistone rallenta, si ferma e riparte verso l’alto, mentre la valvola di aspirazione si chiude. Comincia così la seconda fase, nella quale la miscela infiammabile di aria e benzina è compressa dal

pistone che sale. Nel momento di massima compressione, entra in gioco la candela, situata nella parte superiore del cilindro. Tra i suoi elettrodi si sviluppa una tensione di parecchie migliaia di volt e della candela scocca una scintilla. Come in un fulmine, il flash avviene perché le particelle cariche, frammenti d’atomo, accelerano improvvisamente e, come in una valanga, spezzano altri atomi e surriscaldano il gas intorno. In presenza della miscela infiammabile, la scintilla innesca la combustione. Alla fine di questa fase di scoppio, e ricevuta la spinta che continuerà a farlo girare nei cicli successivi, il pistone raggiunge il punto più basso e ricomincia a salire, spingendo fuori i resti della combustione attraverso la valvola di scarico che si è aperta nel frattempo. Poi la valvola di scarico si chiude e si riapre quella di aspirazione, avviando un nuovo ciclo. Il motore a quattro tempi, per quanto diffuso, non è l’unico. C’è anche il motore diesel, che ha la particolarità di essere privo candele. In questo caso, il pistone comprime l’aria e, nella fase di massima pressione, un iniettore immette il carburante nella camera da scoppio: la miscela prende fuoco spontaneamente e produce la combustione. I motori diesel sono più efficienti di quelli a benzina, perché consentono una compressione doppia, di circa 20:1. Anche il carburante è diverso. Il diesel è un derivato del petrolio più grezzo della benzina, e quindi è anche più economico. È un liquido più pesante e oleoso, composto da molecole più complesse, e ha una densità di energia maggiore, pari a 40 milioni di joule per litro invece di 35 (1 chilowattora è pari a 3,6 milioni di joule). L’uomo preme sul pedale dell’acceleratore e una quantità sempre maggiore di benzina entra nelle camere di combustione dei quattro cilindri in corrispondenza delle rispettive fasi di aspirazione. I quattro motori si muovono leggermente sfasati, in modo da fornire una trazione continua. La donna si affaccia e vede dallo specchietto retrovisore il fumo che esce dallo scarico. Non le fa piacere, le dà un’idea di sporco. E infatti quel fumo è il risultato dei processi di combustione ed è composto da anidride carbonica, monossido di carbonio, ossidi d’azoto, vapore, particelle sottili, residui della combustione. In poche parole, è fortemente inquinante. Per fortuna, però, non arriva direttamente dalla camera da scoppio, ma è stato filtrato da una marmitta catalitica. Il funzionamento della marmitta catalitica è collegato alla fase di iniezione.

Nella combustione è infatti importante il rapporto tra aria e carburante iniettato nella fase di aspirazione. Il rapporto perfetto si chiama rapporto stechiometrico ed è 14,7:1 per la benzina. Vuol dire che per ogni grammo di benzina ci vogliono 14,7 grammi di aria. In queste condizioni, teoricamente, tutto il carburante reagisce con tutto l’ossigeno presente nell’aria, lasciando come gas di scarico soltanto anidride carbonica (non è velenosa, anche se contribuisce all’effetto serra e quindi al fenomeno del riscaldamento globale) e vapore. In pratica, però, nella combustione si generano anche sostanze inquinanti come ossidi d’azoto (responsabili di particolati e piogge acide), monossido di carbonio (un gas velenoso) e composti organici volatili che contribuiscono allo smog. Queste sostanze sono tanto più abbondanti quanto più ci si allontana dal rapporto stechiometrico. Nonostante queste considerazioni, l’uomo preferirebbe una miscela leggermente più ricca di benzina, che nei motori a scoppio garantisce una maggior potenza. La donna, invece, preferirebbe una miscela leggermente più povera per limitare i consumi. Nessuno dei due può fare molto, però, visto che a regolare la miscela è un computer che tiene conto delle emissioni del motore, basandosi sulle misure di sensori che rilevano la quantità di ossigeno nei gas di scarico. Un eccesso di ossigeno indica che la miscela è povera, e quindi il computer provvede ad arricchirla. L’assenza di ossigeno indica invece che la miscela è troppo ricca e il computer fa in modo che sia impoverita. In aggiunta a questo sistema elettronico per regolare l’iniezione, le automobili hanno un convertitore catalitico per far reagire chimicamente le sostanze inquinanti e renderle il più possibile innocue. È composto da una struttura ceramica porosa, costruita apposta per offrire un’elevata superficie alle reazioni chimiche che lì devono avvenire, rivestita da uno strato metallico solitamente a base di platino, rodio o palladio. Sono metalli che servono a catalizzare le reazioni chimiche, cioè a farle avvenire più velocemente, e sono distribuiti su uno strato sottilissimo. Il convertitore catalitico è composto da più zone. C’è una prima zona dove avvengono le reazioni “di riduzione” che strappano l’ossigeno alle molecole, come quelle che trasformano gli ossidi di azoto in molecole di azoto e ossigeno. E c’è poi una seconda zona dove avvengono le reazioni di ossidazione che aggiungono ossigeno, come quelle che trasformano il monossido di carbonio in anidride carbonica.

Per funzionare adeguatamente, però, il convertitore catalitico deve trovarsi ad alte temperature. Gli ingegneri lo sistemano il più vicino possibile al motore di solito sotto il sedile del conducente. Non possono avvicinarlo di più, perché altrimenti degenererebbe rapidamente. Quando la macchina è appena accesa, il convertitore catalitico è freddo e per diversi minuti non è in grado di svolgere al meglio la sua funzione. Lo sguardo disgustato della donna è quindi più che giustificato; tra quei fumi che i suoi occhi vedono uscire dallo specchietto ci sono tutti i peggiori elementi dello smog che opprime le nostre città e i nostri polmoni.

CAPITOLO 9

L’auto impazzita

L’uomo preme un pulsante e la musica si diffonde nell’abitacolo. La donna è come invasa da un’onda calda e ritrova il comfort di un ambiente a lei familiare. Sorride. L’uomo sorride anch’egli e inizia le manovre per uscire dal parcheggio. Innesca la retromarcia e comincia a premere sull’acceleratore, mentre lascia andare lentamente il pedale sinistro. La frizione fa contatto gradualmente e connette il movimento dell’albero motore a quello del cambio, a sua volta collegato alle ruote che cominciano a muoversi. Una mano aziona il comando della freccia. Una corrente elettrica comincia a scorrere lungo un filo. E il filo, che oppone un’elevata resistenza al aggio di corrente, si scalda e si dilata: si allunga e va a toccare due contatti, chiudendo un altro circuito con resistenza inferiore. La corrente comincia a scorrere in questo secondo circuito e accende la luce gialla della freccia. a un istante, e il primo filo, non essendo più percorso da corrente, si raffredda e si contrae, riprendendo la posizione originaria. Il circuito che porta la luce alla freccia si interrompe, la luce si spegne e il filo percorso da corrente ricomincia a scaldarsi, riattivando tutto il ciclo, che procede a intermittenza fino a quando è inserita la freccia. L’uomo fa girare il volante, e il volante reagisce docilmente. Potrebbe girarlo con un dito e ha piacere nel provare quella sensazione, quella docilità ai suoi comandi che è resa possibile da un cambio meccanico favorevole e da un sistema idraulico che amplifica la spinta dei suoi movimenti. Il sistema meccanico è costituito da un pignone attaccato in fondo all’asse del volante e da una cremagliera solidale all’asse delle ruote. La combinazione pignonecremagliera ha due scopi: trasformare il movimento rotatorio dello sterzo in movimento orizzontale dell’asse delle ruote e ridurre lo sforzo del guidatore. Il pignone, infatti, è piccolo e dotato di pochi denti: per ogni suo giro, l’asse si sposta di poco e le ruote fanno un giro parziale. A questo si aggiunge un sistema di servosterzo idraulico, che riduce ulteriormente lo sforzo. La spinta in ausilio

dell’autista è fornita da un liquido mantenuto ad alta pressione da una pompa azionata dal motore e regolata da una valvola in modo da entrare in azione soltanto quando l’uomo agisce sul volante. Con questo accorgimento si garantisce maggior stabilità alla guida. Esistono comunque anche sistemi più sofisticati e più efficienti di servosterzo, come quelli a comando elettrico, che sono regolati da un computer e fanno girare le ruote di una quantità proporzionata allo spostamento del volante. Al collegamento meccanico, insomma, se ne sostituisce uno elettrico, come in un videogioco. Che le macchine stiano diventando sempre più elettroniche, del resto, è ormai evidente. Anche la donna che ascolta le note della radio ne è consapevole, e ne è anche un po’ turbata. Non ama le cose troppo complicate. Già gli ingranaggi meccanici la turbano, e odia il solo pensiero di rimanere ferma per strada con la ruota forata o un guasto. Ma i sistemi elettronici la allarmano ancora di più, perché possono impazzire come cavalli imbizzarriti o bambini capricciosi. Non la si può biasimare: non è l’unica ad avere questo incubo. Anzi, quello dell’impianto elettrico che impazzisce è da sempre un timore degli automobilisti. Negli anni Ottanta sono stati segnalati negli Stati Uniti decine di casi di berline Audi che, da ferme, acceleravano spontaneamente, a volte mettendo in pericolo gli stessi proprietari che scendevano a controllare la situazione. Questi presunti fenomeni non hanno mai trovato spiegazione e la conclusione ufficiale della National Highway Traffic Safety istration negli Stati Uniti è stata che gli incidenti erano dovuti errori umani. Gli autisti avrebbero premuto inavvertitamente l’acceleratore invece del freno, forse. Il mito della macchina killer, comunque, non finisce qui. Il 4 ottobre 2004, i giornali di tutto il mondo hanno parlato di un episodio spettacolare che si era verificato in Francia la sera prima, sull’autostrada A71: un automobilista trentenne era rimasto imprigionato per un’ora in una lussuosa Renault Vel Satis che correva a circa 200 km/h e non rispondeva ai comandi. Una situazione che ricorda il film Speed, con Keanu Reeves, in cui un autobus è costretto a muoversi ad alta velocità. Incapace di frenare, l’automobilista aveva telefonato alla polizia con il suo cellulare ed era stato fatto il possibile per predisporre il traffico al suo aggio. Alla fine, l’uomo era riuscito a fermarsi agendo sul collegamento con il motore a una ventina di chilometri da un casello che per sicurezza era stato evacuato. Nella sua avventura, aveva fortunatamente mantenuto il controllo del volante, ed era riuscito così a evitare per 150 chilometri lo scontro con altri veicoli servendosi anche delle corsie di

emergenza. Che cosa era andato storto in quella tragicomica occasione? Curiosamente, i tecnici della Reanult non hanno riscontrato alcuna anomalia sulla vettura e il presidente Louis Schweitzer ha liquidato l’avvenimento come “estremamente improbabile”. Non si è mai capito come un fatto del genere sia potuto accadere. A torto o a ragione, tutti temiamo che la tecnologia al nostro servizio possa in qualche momento ribellarsi e volgersi contro di noi. Gli impianti elettrici sono i più temuti, forse perché ritenuti più “intelligenti” di quelli meccanici. Gli impianti meccanici si possono vedere, e quindi anche prevedere: possono rompersi, ma solo per ragioni ben identificabili. I sistemi elettronici, invece, sono invisibili, complicati, impossibili da capire agli occhi di un profano. E quindi lasciano più spazio alla fantasia, al dubbio irrazionale ma comune che possano essere talvolta mossi da una volontà superiore e maligna. Nelle automobili, l’impianto elettrico è diventato sempre più complesso nel corso dei decenni. Inizialmente era limitato al sistema di accensione delle candele. Poi, nel 1912, fu inserito il primo motore di avviamento elettrico e anche luci e clacson cominciarono a essere alimentati da elettricità, mentre in precedenza si usavano lampade a cherosene. Gli impianti cominciarono a essere alimentati da batterie e, attorno al 1930, si affermò lo standard della batteria a 6 volt. Oggi le batterie sono a 12 volt e l’impianto elettrico è diventato una vera centralina capace di controllare tutte le attività dell’automobile: dall’accensione delle candele al controllo dell’iniezione, dai fari al tergicristallo, dai freni al volante. Alla base di tutto questo c’è una dinamo, l’alternatore, che è azionata attraverso una cinghia dall’albero motore e produce l’elettricità necessaria alle varie operazioni, mentre l’energia in eccesso si accumula nella batteria. L’impianto comprende anche una serie interminabile di dispositivi e un computer che controlla tutte le funzioni. C’è il sistema di controllo dell’iniezione. Ci sono i sensori per determinare la velocità di rotazione dell’albero motore e valutare il momento di accensione delle candele. C’è un complesso sistema per alimentare le candele con l’alta tensione, basato su una sorta di interruttore che si accende e si spegne molte volte al secondo: questi cambiamenti producono in un circuito vicino - in base al principio di induzione di Faraday – una corrente costituita da brevissimi impulsi regolari, ad alta frequenza e ad alta tensione, che è trasmessa da un elemento detto spinterogeno alle candele.

Nell’impianto elettrico ci possono essere anche sensori che misurano la pressione e il flusso d’aria che entra nel motore, sempre al fine di ottimizzare la miscela tra aria e carburante anche al variare delle condizioni di temperatura e pressione. Ci sono pompe controllate elettronicamente per prelevare il carburante dal serbatoio e portarlo al sistema di iniezione. C’è un sistema che controlla il funzionamento del motore al minimo, cioè quando non si preme sull’acceleratore, in modo da evitare sprechi di carburante e inutili emissioni dannose per l’ambiente. L’uomo non conosce tutte le innumerevoli diramazioni dell’impianto elettrico, il sistema nervoso dell’automobile che sta guidando. Se le conoscesse, sarebbe probabilmente ancora più inorgoglito del suo nuovo acquisto. La donna, invece, sarebbe ancora più inquieta, perché si sentirebbe dipendente da un sistema ancor più complesso e incontrollabile di quello che immaginava. In caso di guasto, comunque, nessuno dei due potrebbe farci niente. L’impianto è troppo complesso per loro, e l’unica soluzione sarebbe il meccanico. Ecco perché il mestiere di meccanico sta cambiando: questi professionisti non dovranno più agire come una volta, cioè come artisti e artigiani che aggiustano con soluzioni creative i problemi meccanici ed elettrici più svariati, ma il loro compito consisterà sempre più nel fare una buona diagnosi, come un buon dottore, individuare il pezzo rotto e ordinarne uno nuovo da sostituire, perché intervenire sul singolo guasto sarebbe troppo complesso anche per lui. L’uomo non pensa a queste cose, la sua automobile è nuova e ha ancora molta strada da percorrere. Inserisce la prima, accelera e gira lo sterzo apprestandosi a uscire dal parcheggio. Poi mette in seconda. Il cambio definisce il rapporto tra il numero di giri del motore e quelli delle ruote. Il suo vantaggio è che consente di usare il motore a un regime per il quale ha un buon rendimento anche a bassa velocità. Ed collegato direttamente o tramite un albero di trasmissione ai semiassi delle ruote. Il motore fa girare l’albero di trasmissione lungo il suo asse principale. Per trasferire questa rotazione ai semiassi, che sono disposti di traverso, è necessario un ingranaggio detto differenziale, costituito da ruote dentate. Il differenziale ha anche la proprietà di fornire alle ruote lo stesso momento di forza, cioè la stessa spinta a farle ruotare. Questa caratteristica è importante soprattutto in curva. Quando l’auto si muove in linea retta, infatti, il differenziale è ininfluente e le due ruote accelerano nello stesso modo e ricevono la stessa forza motrice. In

curva, invece, le cose cambiano. Le ruote anteriori, innanzitutto, non si mantengono parallele. Se lo fero, avverrebbe qualcosa di simile a quello che avviene con i modellini che usano i bambini per giocare: slitterebbero, perché in curva la ruota interna descrive un cerchio più piccolo della ruota esterna ed è perciò necessario che si inclini di meno rispetto all’asse e che giri a una velocità inferiore (perché deve percorrere un tragitto più breve). La differenza di inclinazione è fissata dai meccanici con un’operazione detta “convergenza”, mentre la differenza di velocità di rotazione è garantita proprio dal differenziale. Il differenziale è indispensabile, ma in qualche circostanza particolare può causare problemi. In presenza di ghiaccio, per esempio, una ruota può perdere aderenza e slittare. Il differenziale, che distribuisce la forza motrice equamente tra le due ruote, fa in questa occasione l’opposto di quello che dovrebbe fare: cerca di dare forza motrice alla ruota che slitta, facendola girare sempre più velocemente, e impedisce all’altra di avere la trazione necessaria a muoversi e uscire dalla situazione. Le soluzioni tecnologiche a questo inconveniente non mancano, e alcuni veicoli hanno differenziali dotati di molle o fluidi viscosi, che tendono a far girare le ruote con la stessa velocità e riescono così a garantire sempre un minimo di trazione. In ogni caso, come sanno gli autisti, quando ci si trova su un terreno scivoloso è sempre meglio usare le marce alte, che generano una forza motrice inferiore e riducono il rischio di slittamento. Nel completare la manovra, l’uomo si accorge che sta arrivando una macchina alle sue spalle. Spinge con forza il pedale del freno, e una leva collegata al pedale preme su un pistone, il quale agisce a sua volta su un sistema idraulico e, attraverso un fluido, spinge le pasticche dei freni contro un disco metallico solidale alla ruota. La spinta è potenziata da una speciale valvola, che sfrutta il vuoto creato dal motore in un’apposita camera. Al comando dell’uomo, l’auto rallenta bruscamente. I fori presenti sul disco cominciano a disperdere il calore che si sta generando per attrito e, contestualmente, un sensore si accorge che – sotto la spinta scriteriata alla quale è stata sottoposta – la ruota si sta bloccando. Per evitare il disastro, il sistema di antibloccaggio Abs (Anti-lock brake system) entra in azione: riduce la forza sul sistema idraulico e la dosa in modo da fermare il veicolo nel tempo più breve possibile senza bloccare le ruote. La donna ha comunque un sobbalzo e protesta. Fortunatamente lei e il suo

compagno avevano allacciato le cinture di sicurezza e quindi non hanno sbattuto contro il parabrezza. Anche l’airbag è rimasto fermo, perché la decelerazione non è stata sufficiente a farlo scattare. L’uomo, comunque, si rende conto di aver commesso un errore e, in silenzio, con maggior prudenza, lascia con il piede il pedale del freno e preme nuovamente su quello dell’acceleratore. Gli iniettori immettono più benzina, i pistoni accelerano, le candele intensificano il ritmo delle loro scintille, il differenziale torna a distribuire il movimento alle ruote e l’automobile entra finalmente in carreggiata e si aggiunge alle tante altre che affollano la città.

CAPITOLO 10

Sull’asfalto

Gli pneumatici rotolano sull’asfalto e trasportano la nostra coppia e la scocca metallica che li avvolge al posto di lavoro. Si possono pensare come rotoli di carta igienica che si srotolano lasciando dietro di sé uno strato invisibile di gomma, dallo spessore di pochi atomi. In ogni istante che poggia sull’asfalto, infatti, lo pneumatico lascia sul suolo il suo strato più esterno di molecole, spesso mediamente circa un milionesimo di millimetro. Girando così, per milioni e milioni di volte, nel corso di decine di migliaia di chilometri, la ruota si consuma. Il contatto tra la ruota e l’asfalto è indispensabile al movimento dell’automobile, perché è alla base della trazione che rende possibili le accelerazioni e le frenate. La ruota non deve slittare, deve sempre far presa sul terreno. E il terreno che ama di più per muoversi è l’asfalto. Non è un caso che l’automobile e l’asfalto siano nati insieme, sul finire del secolo scorso, e si siano sviluppati in perfetta simbiosi tecnologica. L’asfalto, in realtà, nacque ben prima dell’automobile. Già 6 mila anni fa lo usavano le popolazioni del Medio Oriente per impermeabilizzare le navi o come materiale per l’edilizia. E allo stesso scopo lo usavano i Romani, mentre per gli Egizi era anche un ingrediente per l’imbalsamazione. L’asfalto è infatti un materiale naturale, che l’uomo ha cominciato a produrre artificialmente circa un secolo fa. Tecnicamente è un conglomerato bituminoso, vale a dire una miscela di bitume e inerti. Gli inerti sono minerali di varie dimensioni: ghiaia, sabbia e polveri più sottili chiamati filler, che si usano anche per dare consistenza alle vernici. Il bitume, invece, è un materiale organico oleoso che fa da legante. L’asfalto naturale si può trovare in diverse forme. Esistono laghi di bitume nell’isola di Trinidad, nei Caraibi, per esempio. Ed esistono rocce asfaltiche anche in Italia, in Sicilia e in Abruzzo, che sono state usate in ato per fare

statue, pavimenti, balaustrate. Il bitume di Trinidad, invece, è stato usato in tutto il mondo a partire dagli inizi dell’Ottocento. Nel Novecento, quando l’uso dell’asfalto aumentò a dismisura e il bitume di Trinidad non bastava più, si cominciò a usare quello artificiale, costituito da inerti e residui della lavorazione del petrolio. All’inizio l’asfalto fu usato per i marciapiedi, come avvenne per la prima volta a Lione nel 1829, e poi a Parigi nel 1835. Fu usato in seguito anche per le piste ciclabili e fu subito apprezzato dai ciclisti. A un certo punto, all’inizio del Novecento, la diffusione fu sempre più rapida, anche perché le vecchie strade erano un vero disastro. Erano spesso polverose e, se pioveva, piene di fango. Si consumavano molto. Secondo le stime dell’Asphalt Insitute negli Stati Uniti, nel 1932, le strade non asfaltate si abbassavano di ben 2,5 centimetri all’anno in media. “Polvere significa morte” dicevano alcuni slogan dell’epoca a sottolineare i problemi di salute di chi era costretto a respirarla, letteralmente a “mangiare la polvere”. A Parigi, per risolvere il problema, c’erano perfino pavimentazioni in legno, e nel 1892 era nato negli Stati Uniti un “movimento per le strade migliori”, che si proponeva di asfaltarle. A quei tempi non era affatto scontato che l’asfalto avrebbe ricoperto il mondo. E non era affatto chiaro che l’automobile avrebbe conquistato ogni centimetro di quell’asfalto e sarebbe diventata una compagna inseparabile della nostra vita. La gente si muoveva a cavallo o in carrozza, e nelle città il traffico c’era eccome, ed era un traffico fastidioso perché i cavalli sporcavano e le carrozze erano rumorose. Anche i mezzi pubblici erano trainati da cavalli, come il tram su rotaie che fu inventato nel 1775 dal britannico John Outram… è tra l’altro in suo onore che il tram si chiama così, dalla parte finale del suo cognome. I mezzi pubblici a elettricità comparvero successivamente, e il primo tram elettrico girò nel 1879. A fine Ottocento cominciarono a circolare anche le prime automobili; ma allora nessuno immaginava che sarebbero diventate il mezzo del futuro. La prima automobile con motore a scoppio fu inventata nel 1886 dall’ingegnere tedesco Carl Benz ed era in realtà un triclico alimentato da un motore a gas. Nel 1899 fu fondata la Fiat, nel 1900 la Mercedes-Benz, nel 1906 la Lancia e l’Alfa Romeo. Anche se era ormai cominciata un’espansione inarrestabile, alla fine dell’Ottocento alcuni quotidiani statunitensi chiesero a 64 importanti cittadini statunitensi come sarebbe stata, secondo loro, la vita un secolo dopo. I risultati furono pubblicati in occasione del World’s Columbia Expositiondi Chicago del 1893. E furono, a posteriori, sorprendenti: gli intervistati immaginarono nuove e

potenti armi di distruzione di massa (come la bomba atomica) e anche nuove forme di comunicazione basate sull’elettricità (come i telefoni e i computer); ma nessuno previde lo sviluppo che avrebbero avuto le automobili e i motori a scoppio. Più recentemente, nel 1983, il pioniere dell’intelligenza artificiale John McCharty ha sostenuto a buon diritto che i cambiamenti portati da televisione e computer sono stati modesti rispetto a quelli che avvennero un secolo fa nel campo dei trasporti, dell’illuminazione elettrica e delle comunicazioni. Oggi siamo portati a identificare l’automobile con il motore a scoppio, ma non è stato sempre così. Il primo prototipo fu a vapore. Fu realizzato nel 1796 dall’inventore svizzero-se Nicholas Cugnot ed era un carro a tre ruote che poteva muoversi a 3 chilometri all’ora. Trasportava quattro persone, grazie a un motore che doveva essere rifornito d’acqua ogni quarto d’ora e che era dotato di una grande caldaia in testa. Nell’Ottocento si sviluppò anche l’auto elettrica, e già nel 1842 lo statunitense Thomas Davenport e lo scozzese Robert Davidson produssero alcuni prototipi funzionanti. Come quelle di oggi, le auto elettriche di allora avevano il problema della batteria, che era troppo pesante e doveva essere caricata in continuazione. Attorno al 1900, però, anche i motori a scoppio e quelli a vapore avevano i loro problemi, autonomia compresa. Non era ben chiaro, dunque, se le automobili si sarebbero mai affermate e, in tal caso, che tipo di motore avrebbero avuto. C’era, oltretutto, in linea di principio anche un altro motore possibile: il motore a polvere da sparo concepito nel Seicento dallo scienziato olandese Christiaan Huygens. A cavallo del 1900, era lecito pensare che i motori elettrici avrebbero prevalso sugli altri. Nel 1897, a New York nacque un servizio di taxi elettrici. E il 29 aprile 1899, il pilota belga Camille Jenatzy superò per la prima volta la barriera dei 100 km/h con la sua vettura battezzata Jamais content (cioè “Mai contenta”). Raggiunse i 106 km/h, e questo risultato fu allora salutato erroneamente da alcuni come la vittoria del motore elettrico. In realtà segnò soprattutto l’inizio di una nuova era in cui la progettazione aerodinamica avrebbe assunto un ruolo sempre più decisivo nel disegno della scocca della vettura, fino ai moderni test in galleria del vento. L’auto di Jenatzy, infatti, aveva una forma a proiettile per ridurre l’attrito con l’aria. L’auto elettrica aveva anche altri vantaggi rispetto alla cugina a benzina: non puzzava, non vibrava allo stesso modo, era molto meno rumorosa, non aveva il

problema del cambio e si accendeva comodamente, senza la manovella che serviva allora per i motori a scoppio. Ma era anche molto più pesante e mal si prestava a muoversi nelle strade dell’epoca piene di buche, polvere e fango. Oltretutto, aveva lo svantaggio dei rifornimenti. Produrre una rete di distribuzione di energia elettrica per le automobili richiedeva uno sforzo enorme, mentre la distribuzione della benzina era relativamente facile. E, infatti, nel primo decennio del Novecento la benzina già si trovava in giro negli Stati Uniti. Era distribuita in fusti nei negozi, anche in quelli di generi alimentari. Fu una rivoluzione, aiutata dal fatto che i prezzi erano molto ridotti. Ben presto arrivarono i distributori. Il primo, della Chevron, fu aperto nel 1913 a Pittsburgh, in Pennsylvania, negli Stati Uniti. L’auto e l’asfalto si diffo insieme negli anni successivi. Ricoprendo sempre nuove strade, a sua volta l’asfalto incoraggiò gli automobilisti a percorrere distanze sempre maggiori. Anche la qualità dell’asfalto è migliorata con il tempo. Di solito si è cercato di renderlo più compatto, scegliendo gli inerti in modo da non lasciare buchi, per così dire, nel manto stradale. Oggi, però, è particolarmente apprezzato l’asfalto drenante, che è più poroso e garantisce perciò maggior aderenza. L’acqua piovana scorre nelle sue porosità, evitando l’accumulo di una patina d’acqua sulla superficie: non ci sono riflessi, la tenuta degli pneumatici migliora e diminuiscono gli spruzzi. Le porosità, inoltre, assorbono i rumori ed evitano che le ruote comprimano l’aria sulla superficie del manto stradale e producano quelle microesplosioni che sono le principali responsabili della rumorosità degli pneumatici sull’asfalto normale. L’asfalto drenante si costruisce eliminando alcuni tipi di inerti, soprattutto quelli più fini, facendo in modo che rimangano spazi vuoti tra un granello e l’altro. Affinché non si frantumi, è necessario che i materiali usati siano di elevata qualità. Il bitume, inoltre, deve essere miscelato con circa il 5% di additivi: polimeri, cioè lo stesso tipo di molecole che compongono le materie plastiche. Lo spessore di uno strato di asfalto drenante, infine, deve essere un po’ maggiore di uno di asfalto normale: 4-5 centimetri invece di 3 centimetri. Per tutti questi motivi, un rivestimento in asfalto drenante costa più di uno normale. Bisogna però tenere anche conto del fatto che lo strato più esterno d’asfalto è solo una piccola parte del costo di una strada, composta anche da strati interni sepolti in profondità. E poi bisogna considerare che quando si usa l’asfalto drenante anche la strada nel suo complesso deve essere progettata in modo da consentire il deflusso dell’acqua verso l’esterno, altrimenti i pori si

riempirebbero d’acqua e si perderebbero tutti i benefici. L’asfalto drenante fa anche consumare di più le ruote e deve essere pulito regolarmente dalle polveri che si accumulano nelle sue porosità. La ruota si ferma dietro un altro treno di ruote, di fronte alla luce rossa di un semaforo. Questo oggetto oggi così comune che scandisce e regola il traffico cittadino fu inventato e brevettato dallo statunitense Garrett Morgan nel 1923, quando le strade erano un vero caos. Morgan rimase colpito da un incidente tra un’auto e una carrozza e decise di fare qualcosa per evitare queste situazioni. Prima di allora, i semafori consistevano in segnali o lampade colorate usati dai treni e adattati al traffico cittadino, un adattamento poco pratico in quanto il traffico ferroviario si muove in due direzioni, mentre gli incroci delle strade ordinarie sono a quattro vie. Morgan risolse questo problema con un sistema molto simile a quello attuale, anche se azionato manualmente. Oggi i semafori sono azionati elettricamente, e ce ne sono anche di “intelligenti”, capaci per esempio di agevolare la circolazione nelle direzioni più trafficate. Questi ultimi si basano su una rete di sensori nascosti sotto l’asfalto, che captano la presenza delle automobili e inviano i dati a una centralina di controllo, incaricata di sincronizzare le ondate di rosso, arancione e verde nella maniera (si spera) più opportuna. Scatta il verde, e gli pneumatici riprendono il cammino. Anche la loro struttura è molto più complessa di quello che si potrebbe pensare. Nella zona più interna contengono talvolta una serie di fasce di acciaio trasversali, una sorta di ossatura che serve a consolidare la forma. Poi c’è uno strato di gomma sintetica a buona tenuta d’aria, che ha un ruolo analogo a quello della camera d’aria nelle biciclette (una volta anche le automobili avevano camere ad aria). Adiacente a questo strato, c’è una carcassa composta da una tela di migliaia di fili sottili in fibra tessile attaccati alla gomma con il compito di resistere alla pressione. Ci sono poi un’imbottitura e altri rinforzi. E all’esterno c’è il battistrada, cioè la parte a contatto con la strada: è composto da una mescola di polimeri che deve resistere agli sforzi, aderire il più possibile a tutti i tipi di suolo, resistere all’usura, all’abrasione e non si deve surriscaldare troppo. Non deve nemmeno perdere aderenza in presenza di acqua, e per questo è solcato da scanalature che convogliano il liquido e garantiscono (fino a un certo punto) l’aderenza. Per reggere l’automobile, gli pneumatici devono essere gonfiati al punto giusto. Se sono troppo gonfi, non garantiscono una buona aderenza e si consumano

soprattutto al centro, mentre se sono troppo sgonfi fanno consumare più carburante e si consumano soprattutto ai lati. Se la pressione è giusta, invece, poggiano con tutta la superficie sul terreno e si consumano in maniera uniforme. La macchina con l’uomo e la donna è ormai vicina all’ufficio. I suoi pneumatici, che sembrano rotondi a prima vista, a guardarli da vicino sono un po’ deformati e si appiattiscono a contatto con la strada. La superficie di contatto con il suolo rimane sempre la stessa, ma la forma cambia in continuazione. Le molecole dello pneumatico si strofinano perciò le une con le altre e si scaldano per l’attrito interno. L’auto scorre dolcemente sulla strada, e l’uomo e la donna al suo interno si sentono a loro agio. Ad aumentare il comfort contribuiscono le sospensioni, costituite da un sistema idraulico che contiene al suo interno un liquido e un gas. Ce ne sono anche di più semplici, composte da molle che attutiscono gli urti. Possono essere molle semplici o a torsione, l’importante è che siano ben calibrate, perché sospensioni troppo rigide sono poco confortevoli e sospensioni troppo morbide producono spostamenti troppo accentuati su strade sconnesse. Ci sono sospensioni basate su sistemi che diventano sempre più rigidi quanto più sono compressi. E ci sono sospensioni attive, con un microprocessore che ne regola la rigidità secondo le condizioni di guida o secondo i gusti dell’autista. Dopo mezz’ora di marcia, ormai caldi, i quattro pneumatici rallentano a fianco di un marciapiede e si fermano. Due sportelli si aprono e due persone escono, una a destra e una a sinistra. I loro piedi calpestano l’asfalto e raggiungono la porta dell’ufficio. Quattro ruote, sui miliardi circolanti che ci sono al mondo, rimangono ad aspettare fedelmente sull’asfalto.

CAPITOLO 11

Al computer

L’uomo e la donna percorrono un corridoio, raggiungono una porta, entrano e salutano con un sorriso le segretarie appostate come sentinelle all’ingresso. Appendono l’abito all’attaccapanni e ognuno si siede alla sua scrivania, preme l’interruttore e attende che il computer si avvii. Ci vuole qualche istante, perché il computer si deve predisporre. Per poterlo usare, infatti, dobbiamo comunicare con lui, altrimenti sarebbe come avere un servo incapace di comprendere i comandi. E per comunicare con il computer, è necessario un opportuno linguaggio. All’inizio, i programmatori ne usavano uno molto diretto: il linguaggio macchina. Era un codice naturale per i computer, ma arido e complicato per le persone, anche per gli ingegneri. A fare da intermediari sono arrivati perciò i sistemi operativi come Windows, che offrono un’interfaccia grafica più amichevole. Affinché noi umani siamo messi in contatto con il mondo elettronico del computer, dunque, è necessario che sia in funzione un sistema operativo. E un sistema operativo è un programma molto complesso che si avvia automaticamente all’accensione e gestisce tutti gli altri programmi. È per questo che l’operazione di avvio dura così a lungo, perché questo programma deve attivarsi, accendendo e spegnendo una miriade di componenti elettronici all’interno dei circuiti integrati. Certo, il sistema operativo è complesso, pensa la donna mentre si sfila la giacca e la lascia sull’attaccapanni, ma anche i computer diventano sempre più potenti: come mai, allora, il tempo per caricare il sistema operativo non diminuisce? La donna sospetta di essere vittima dei piani imperscrutabili degli ingegneri. Il motivo principale è però che anche il sistema operativo diventa sempre più complesso e deve gestire un numero sempre maggiore di programmi. Di molti

nuovi programmi la donna farebbe volentieri a meno, anche perché spesso e volentieri creano problemi di conflittualità con altri programmi, ma purtroppo non può farci nulla. La regolarità con la quale i computer diventano sempre più complessi è strabiliante. Già nel 1965 Gordon Moore, uno dei fondatori di Intel, azienda leader nel settore dell’elettronica, notò che – grazie a una miniaturizzazione sempre più spinta – il numero dei componenti (transistor) dei circuiti integrati raddoppiava ogni due anni circa. E il fatto sorprendente è che la stessa regolarità ha continuato a manifestarsi nei decenni successivi, per almeno cinquant’anni, fino a oggi. Per renderci conto di quanto sia straordinario questo sviluppo, immaginiamo di prendere un foglio di carta spesso un quinto di millimetro e di piegarlo per 20 volte. In questo modo faremmo raddoppiare lo spessore per 20 volte e otterremmo qualcosa di paragonabile all’aumento di complessità dei circuiti integrati negli ultimi quarant’anni. Se effettuassimo quest’operazione con la carta, che spessore otterremmo? Innanzitutto non potremmo mai verificarlo, perché è impossibile piegare un foglio più di sei o sette volte. Ma se consideriamo l’operazione da un punto di vista puramente astratto, matematico, otterremmo lo spessore di un chilometro! Se pure fossimo così bravi da riuscire in un’operazione di questo tipo, avremmo bisogno di uscire dalla stanza in cui ci troviamo, poi anche dal condominio e forse perfino dal nostro quartiere. Per realizzare questa straordinaria progressione, le industrie elettroniche hanno dovuto inventare soluzioni nuove via via che i loro prodotti si facevano più raffinati e complicati, hanno dovuto costruire costosissime macchine, affrontare difficoltà tecniche che più volte sono state considerate insormontabili. Ma alla fine ce l’hanno sempre fatta. Per cinquant’anni, talvolta forzando un po’ le tappe, i giganti dell’elettronica sono riusciti sempre ad arrivare puntuali all’appuntamento con la legge di Moore. La procedura di avvio ha termine e finalmente la donna può cominciare il suo lavoro. La sua mano impugna il mouse e lo sposta sulla superficie della scrivania con un gesto sicuro, mentre i suoi occhi fissano il monitor e la freccia dei comandi che si muove sullo schermo. Sotto la superficie del mouse, non vista, una piccola telecamera scatta più di mille foto al secondo. Come flash usa un led (Light emitting diode), un dispositivo elettronico che emette luce rossa ogni volta che riceve un impulso elettrico dal circuito in cui è inserito. Questa luce

illumina la superficie sottostante, vi rimbalza ed è captata da sensori che inviano ogni immagine a un processore contenuto nel mouse per l’analisi. Il processore, infine, eseguendo una ventina di milioni di operazioni al secondo, comprende il movimento e lo trasferisce al cursore sullo schermo, aggiornando la sua posizione centinaia di volte al secondo. Il cursore si muove a scatti, ma troppo velocemente perché l’occhio se ne possa accorgere e quindi la donna percepisce un movimento fluido e continuo. Mentre muove sulla scrivania il suo mouse ottico (ma ce ne sono anche di altri tipi) la donna scherza con un collega che ha tra le mani una specie in via d’estinzione: il mouse con la sferetta. Il mouse ottico non ha parti mobili e si consuma meno, si sporca anche meno, ha una migliore risoluzione, e quindi una risposta più fluida. Può essere usato direttamente sulla scrivania, senza il tappetino al quale molti sono abituati. La specie tecnologica tra le mani della donna, insomma, è decisamente più moderna, evoluta, alla moda di quella del collega. Ma quest’ultima non è ancora del tutto scomparsa, è economica e, soprattutto, ha fatto storia. Il mouse è stato concepito per la prima volta negli anni ’60 del Novecento, ma non ha avuto subito successo. All’inizio, infatti, i computer erano diversi e nello schermo non apparivano icone e sfondi come su quelli odierni, ma soltanto caratteri. Poi, però, arrivò il sistema operativo Mac OS (presto imitato da Windows), con la sua grafica di cartelle, cestino e documenti che apparivano sullo schermo, e quindi fu necessario uno strumento per muoversi in questo nuovo mondo digitale. Fu allora che il mouse si affermò. I primi modelli si basavano sull’idea ancora in uso del mouse con la sferetta. Sulla superficie inferiore, a contatto con il tavolo o con l’apposito tappetino, c’era una sferetta. Questa, muovendosi sul tavolo faceva girare due ruote: una orientata nella stessa direzione dell’asse del mouse e una in direzione trasversale. Il movimento delle due ruote era misurato da due sensori ottici e trasformato in segnali elettrici che facevano muovere il cursore sullo schermo in direzione verticale e orizzontale, rispettivamente. Oltre al mouse, al monitor e a tutti gli accessori esterni, il personal computer ha una sua precisa struttura interna. Innanzitutto c’è il microprocessore, cioè il “cervello” del computer, detto anche u (central processing unit). Non c’è nulla che avvenga nel computer senza are per la u. Un microprocessore è dotato di una unità detta alu (arithmetic/logic unit), con la quale svolge le operazioni

matematiche come addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione. Può, inoltre, spostare dati da una locazione di memoria a un’altra. Di memorie ce n’è di molti tipi. Ci sono memorie ad accesso random (ram), usate per custodire temporaneamente informazioni necessarie al compito che la u sta svolgendo al momento. Ci sono le memorie accessibili soltanto in lettura (rom), che contengono dati particolarmente importanti, come quelli necessari all’avviamento del sistema, e sono programmate direttamente dal costruttore. Ci sono le memorie definite cache, collegate direttamente alla u e usate per la registrazione di informazioni alle quali il computer accede spesso, con il vantaggio di accelerare molto le prestazioni. Ci sono, infine, l’hard disksul quale si registrano i dati in maniera definitiva e i dispositivi esterni come il lettore di cd rom. L’hard disk, o disco rigido, è costruito su un o rigido come suggerisce il nome. Funziona come un vecchio floppy disk, grazie ad alcune testine che possono leggere, cancellare e scrivere i dati. È composto da un materiale magnetico, nel quale i dati sono scritti sotto forma di cellette magnetizzate, che sono come tante piccole calamite che puntano in una direzione o in quella opposta, codificando in questo modo le cifre binarie 0 e 1. Ed è ripartito in sezioni, in base a un procedimento di “formattazione” che consente al computer di muoversi con ordine alla ricerca delle informazioni che gli interessano. L’hard disk ha il vantaggio di essere molto capiente, oggi può contenere decine di gigabyte, ma ha lo svantaggio di essere lento: i tempi di accesso sono lunghi rispetto a quelli di funzionamento del microprocessore, a causa del procedimento di ricerca e lettura da parte delle testine. Per questo motivo, il computer lo utilizza soltanto per immagazzinare i dati in maniera definitiva, mentre durante il normale funzionamento usa prevalentemente la memoria ram. Un altro elemento importante di un pc è la scheda madre, che contiene i collegamenti elettrici tra le varie parti. C’è poi un alimentatore che trasforma l’alta tensione alternata fornita dalla rete elettrica in corrente continua utilizzabile dai circuiti integrati. E ci sono, infine, varie unità di controllo per altri componenti come scanner, monitor, casse acustiche… Chissà che cosa avrebbe pensato Charles Babbage nel vedere un moderno calcolatore! Babbage fu un matematico britannico che nell’Ottocento, prima ancora che fossero note tutte le leggi dell’elettromagnetismo, progettò un calcolatore meccanico in grado di svolgere un’operazione al secondo grazie a migliaia di ruote meccaniche. Anche Leonardo da Vinci e Blaise Pascal avevano progettato calcolatori

meccanici, ma quello di Babbage era particolarmente complesso. Era programmabile per mezzo di schede perforate e doveva essere alimentato da una macchina a vapore, ma non fu mai costruito. La sua potenza di calcolo sarebbe stata comunque nulla rispetto a quella di un processore 8080 della Intel, che nel 1974 poteva già compiere centinaia di migliaia di operazioni al secondo ed è poi andato ad alimentare il primo personal computer della storia, l’Altair. La potenza di calcolo del processore 8080 impallidisce a sua volta di fronte a quella del Pentium 4, in grado di svolgere più di un miliardo di operazioni al secondo. Nonostante i loro incredibili sviluppi, i computer continuano però ad avere i loro antichi difetti. E la donna scherza con un collega che si lamenta di un baco, più propriamente un bug (che in inglese vuol dire “insetto”), ossia un malfunzionamento, del programma Word che sta usando. Si potrebbe pensare che i bug siano difetti tipici dei moderni computer, ma il termine esisteva già nel 1878 e si trovava in una lettera di Thomas Alva Edison, l’inventore della lampadina e del fonografo, per indicare i difetti meccanici. Secondo lo scrittore e giornalista Edward Tenner, il termine è nato probabilmente nell’ambiente dei telegrafisti, forse a causa delle pessime condizioni in cui si trovavano le migliaia di stazioni telegrafiche, spesso piene di insetti. E la metafora stava a indicare l’elemento imprevedibile che poteva mettere in crisi tutto il sistema. Un fatto che si verificò nel 1945, quando una falena entrò in un calcolatore elettromeccanico Mark II dell’Università di Harvard, negli Stati Uniti, e lo mandò in tilt. La vittima (la falena) è conservata al National Museum of American History della Smithsonian Institution, a Washington. In quel caso si usò il termine bug, ma non fu la prima volta. Secondo Tenner, lo si faceva già da almeno 75 anni. Il termine “computer”, curiosamente, è più giovane, e risale a poco più di cinquant’anni fa. Inizialmente, infatti, quello del “computer” era un mestiere, nato alla fine dell’Ottocento, che consisteva nello svolgere calcoli molto ripetitivi, per esempio in guerra al fine di determinare le traiettorie dei missili. Durante la Seconda guerra mondiale, era spesso affidato a donne laureate ed era mal pagato. Furono sei donne a “programmare” (con tecniche molto diverse da quelle attuali) Eniac, il primo vero computer della storia, che entrò in funzione nel 1946 ed era in grado di svolgere in pochi secondi le stesse operazioni che una persona avrebbe eseguito in 40 ore. Così la macchina ha preso il posto dell’uomo ed è diventata “computer”.

CAPITOLO 12

Si preme un tasto…

Divertita dagli scherzi del collega, la donna preme un tasto. Davanti a lei sullo schermo c’è un programma di scrittura: Word. La donna sorride, inconsapevole del marasma elettronico che il suo semplice gesto sta per produrre. Il dito si poggia sul tasto ed esercita una lieve pressione. Il tasto affonda e chiude un circuito nella tastiera: un microprocessore inserito sempre nella tastiera confronta la posizione del tasto premuto con una cartina di caratteri impressa nella sua memoria rom, decifra il carattere e lo invia alla u. Un movimento, un’ondata, un impulso di elettroni si mette in viaggio nei cavi elettrici e raggiunge in pochi istanti la scheda madre, poi conquista il microprocessore ed entra nel suo regno di silicio fatto di stretti cunicoli e componenti in miniatura. È un vero labirinto, per quanto già antiquato, un microprocessore Pentium 4 composto da 42 milioni di minuscoli interruttori detti transistor, larghi appena 180 nanometri (oggi ce n’è di appena 32 nanometri), ossia 500 volte più sottili di un capello, tutti scavati in un unico blocco di silicio largo più o meno un centimetro quadrato e mezzo. Ci sarebbe da perdersi: 42 milioni di transistor collegati tra loro e collegati ad altri elementi da altri milioni e milioni di connessioni metalliche… come farà il segnale elettrico inviato dalla donna a non perdersi in questo dedalo di connessioni e arrivare a digitare una singola, scarna, lettera sullo schermo? Quando tutto sembra perduto, ecco compiersi il miracolo. All’arrivo del segnale elettrico, tutto il circuito, pian piano, si riconfigura e avvia una serie di cambiamenti che a occhi profani sembrano dettati da una mano divina. In realtà sono soltanto le leggi fisiche dei circuiti stessi che, meccanicamente, fanno avvenire tutti i cambiamenti in gioco. I circuiti all’interno di un microprocessore si possono paragonare a una rete di canali in cui scorre l’acqua. Nei circuiti elettronici, invece dell’acqua, scorre la

corrente elettrica, che si muove come una cascata invisibile dalle zone ad alta energia potenziale verso le zone a bassa energia. In una rete di canali, invece, l’acqua che scorrerebbe dalle zone ad alto potenziale gravitazionale (più alte) a quelle a potenziale inferiore (più in basso). In ogni istante, un microprocessore o un qualsiasi circuito integrato si trova in una certa configurazione. Schematizzando, ogni elemento del circuito si trova in uno stato di potenziale definibile “0” (con una tensione di 0 volt) o in uno stato definibile “1” (con una tensione, per esempio, di 1,5 volt). È lo stesso di una rete idrica di canali nei quali l’acqua può scorrere solo a livello del suolo (definito come “0”) o, per esempio, 1,5 metri più su (definito come “1”). I transistor presenti nel circuito sono elementi che si comportano più o meno come valvole. Sono composti da un gate di controllo, da un ingresso e un’uscita. Se il gate si trova nello stato 0, allora la valvola è chiusa e non c’è aggio tra ingresso e uscita. Se invece il gate si trova nello stato 1, allora il aggio c’è. Tornando all’esempio della rete di canali, possiamo considerare un transistor un elemento con tre ramificazioni, di cui una è di controllo. Se il livello dell’acqua nel gate è basso, la valvola è chiusa e le altre due ramificazioni sono scollegate: possono avere anche livelli diversi di acqua. Se, invece, il livello dall’acqua nel gate è alto, allora il aggio si apre e le altre due ramificazioni sono collegate: devono raggiungere lo stesso livello. Se queste valvole dette transistor non ci fossero, un circuito per quanto complesso non sarebbe in grado di compiere alcuna elaborazione logica o matematica. Combinando tra loro pochi transistor, invece, si possono realizzare le funzioni logiche elementari e, con queste, tutte le altre. La logica binaria che usano i computer è stata inventata dal matematico britannico George Boole nel 1847, e infatti è detta anche logica “booleana”. Si basa sui valori 0 e 1, che corrispondono rispettivamente a “falso” e “vero”, e sulle operazioni logiche come not, and e or. La più semplice operazione logica è la negazione (not). Consideriamo ora la frase “sta nevicando”: se l’affermazione è vera (1), allora la sua negazione “non sta nevicando” è falsa (0). E viceversa. L’operazione not trasforma, insomma, 0 in 1 e 1 in 0. L’operazione and è un po’ più complessa, perché ha due ingressi. Se prendiamo come ingressi le frasi “sta nevicando” e “c’è il sole”, l’operazione and produce la frase “sta nevicando e c’è il sole”, che è vera se e solo se sono vere entrambe le affermazioni di partenza. In termini matematici, una porta logica and produce un

1 se e solo se i due ingressi sono 1; altrimenti produce 0. Una porta or, infine, produce 1 se almeno uno dei due ingressi è 1, altrimenti dà 0. È chiaro che stiamo restringendo la nostra attenzione a operazioni matematiche limitate a due sole cifre, 0 e 1, cioè a quelli che in matematica sono chiamati numeri binari. Questa restrizione, però, non è affatto limitativa, perché tutti i numeri si possono scrivere in forma binaria, purché si ricorra a un numero maggiore di cifre. A un 2 del nostro sistema decimale, per esempio, corrisponde 10 in codice binario (da leggersi come “uno zero” e non come “dieci”), a 4 corrisponde 100 (uno zero zero), a 13 corrisponde 1101 (uno uno zero uno). E così via. Non solo: esistono anche convenzioni per rappresentare le lettere dell’alfabeto in numeri binari. Alla fine, con i numeri binari si possono fare tutte le operazioni matematiche e si possono perfino scrivere parole, codificare la musica, riprodurre immagini. Per quel che riguarda le immagini, per esempio, le sequenze di 1 e 0 possono identificare la posizione di un pixel sullo schermo e il suo colore. Quando la donna preme il pulsante, gli impulsi elettrici che simboleggiano i bit 0 e 1 partono dalla tastiera e raggiungono la u. Qui trovano una rete di transistor con una certa configurazione e la cambiano, attivando una serie di altri cambiamenti che corrispondono alle operazioni logiche e hanno come risultato finale un’ultima configurazione e un segnale in uscita che raggiunge lo schermo e imprime sui cristalli liquidi il carattere corrispondente al tasto premuto. I cambiamenti non sono mai continui, in un microprocessore, cioè non avvengono con la stessa continuità che caratterizza il flusso di un fiume o i meccanismi biologici. Avvengono a scatti, uno alla volta, come se fossero fotogrammi di un film. Il computer, infatti, possiede un orologio interno, il clock, una sorta di metronomo che scandisce il susseguirsi delle operazioni e determina perciò anche la velocità con la quale il computer svolge le sue operazioni. Ogni volta che deve fare un calcolo, il computer lo suddivide in operazioni matematiche elementari e le svolge una alla volta, una per ogni ciclo del clock. Fino al risultato finale. Nei moderni processori, che hanno molti transistor, a volte questo processo è velocizzato grazie al trucco di assegnare a diversi gruppi di transistor il compito di svolgere alcune operazioni in parallelo, cioè in contemporanea, ma il ritmo è sempre scandito dal clock. Per eseguire compiti così complessi, il microprocessore deve essere opportunamente istruito. E queste istruzioni sono fornite da programmi come il

sistema operativo e il programma di scrittura Word. Ogni volta che la donna preme un tasto, il segnale che arriva al microprocessore diventa un dato di partenza per il sistema operativo. Questo lo riceve e determina il programma al quale indirizzarlo, in questo caso Word. Word, a sua volta, determina il formato dei dati in arrivo e li registra temporaneamente, sempre tramite il sistema operativo, nella memoria ram. Ogni istruzione di Word arriva alla u tramite il sistema operativo, che coordina anche gli altri programmi attivi (sempre attraverso una serie di cambiamenti della configurazione dei transistor, come abbiamo visto prima). Il sistema operativo, inoltre, invia istante per istante informazioni al display tramite la scheda video per indicare che cosa deve apparire sul monitor. Quando si decide di salvare un documento, è sempre il sistema operativo che apre sullo schermo una finestra standard per chiedere il nome da dare e la cartella nella quale inserire il documento. Raccolte queste informazioni, il sistema operativo indirizza i dati dalla memoria ram al disco rigido o a un’altra locazione che era stata specificata come il cd rom o la chiavetta usb. La donna che si lamenta della lentezza del suo computer non è consapevole della meraviglia tecnologica che ha tra le mani e della complessità dei processi necessari a produrla. L’elettronica ha cominciato a evolversi come una specie tecnologica a sé stante circa un secolo fa, quando nel 1897 il fisico tedesco Karl Ferdinand Braun inventò il tubo catodico, grazie al quale nello stesso anno il fisico britannico Sir Joseph John Thomson identificò l’elettrone. Fu una scoperta rivoluzionaria, perché all’epoca non era stata ancora dimostrata con chiarezza l’esistenza degli atomi, né tanto meno la loro struttura. Ma con l’elettrone Thomson scoprì la prima particella subatomica. Una particella leggerissima, circa 1840 volte più leggera del più leggero tra gli atomi, quello di idrogeno, e almeno cento milioni di volte più piccola. La scoperta di Thomson, così importante, fu accolta dapprima con scetticismo, poi divenne quasi un fatto naturale e l’elettrone entrò a pieno diritto nella tecnologia. I primi dispositivi elettronici che si diffo furono le valvole, simili a quelle degli esperimenti di Thomson. Erano bolle di vetro in cui si formavano flussi elettronici. A un’estremità, un filo rovente serviva come fonte di queste particelle, che per il calore fuoriuscivano dal metallo e formavano una nube invisibile. In un altro punto del tubo di vetro, un elettrodo dotato di carica positiva attirava gli elettroni a sé.

Elaborando un po’ quest’idea, nel 1906 l’ingegnere statunitense Lee De Forest inventò l’Audion, una valvola elettrica che serviva ad amplificare i segnali radio. Un’idea che fu poi applicata anche alle trasmissioni radio, alla telefonia, alla televisione e ai primi computer a valvole. Televisori e computer, infatti, hanno questo antenato in comune, le valvole a “raggi catodici”, come erano allora chiamati gli elettroni. Così come l’uomo e il gorilla si sono evoluti a partire da uno stesso lontano antenato comune, anche computer e televisori hanno avuto le stesse radici e lo stesso antenato: la valvola. Nel caso del televisore, come vedremo più avanti, la valvola è diventata il tubo catodico. Nel caso del computer, invece, si è tramutata in transistor. I primi computer, come Eniac, erano infatti a valvole. Ma nonostante gli entusiasmi dell’epoca, le valvole non erano la soluzione ideale per l’elettronica: avevano bisogno di scaldarsi e si logoravano rapidamente, soprattutto in caso di accensione e spegnimento. Ciò spinse alcuni scienziati a cercare alternative migliori e la soluzione arrivò nel 1947 dai laboratori della Bell, la società telefonica statunitense (oggi Lucent), quando gli scienziati John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley inventarono il transistor. Era un dispositivo che permetteva di eseguire le stesse operazioni di una valvola, ma era composto da un materiale solido, un semiconduttore. Dal punto di vista della resistenza al aggio della corrente elettrica, un semiconduttore è un materiale a metà strada tra un isolante come il vetro e un conduttore come il rame. Nei semiconduttori, le proprietà elettriche sono estremamente sensibili ad alcuni fattori come la temperatura e la presenza anche minima di altre sostanze nel materiale. Aggiungendo anche pochi atomi di altri elementi nella loro struttura cristallina, le proprietà elettriche possono cambiare molto. I semiconduttori si prestano perciò molto bene alle manipolazioni tecnologiche, anche se devono essere progettati e fabbricati con estrema precisione. Il primo materiale semiconduttore di successo è stato il germanio, per il quale furono sviluppati i primi processi di produzione industriale durante la Seconda guerra mondiale, a scopo militare. A partire dagli anni ’50, però, al germanio si cominciò a sostituire il silicio, più economico e facile da reperire, in quanto è il principale componente della crosta terrestre e si può ricavare facilmente dalla sabbia. Il silicio è anche più resistente alle alte temperature e, in opportune condizioni in presenza di ossigeno, si ricopre di un sottile, tenace e aderente strato di ossido che è diventato anch’esso un elemento sempre più importante dei

moderni circuiti integrati, soprattutto quelli di ultima generazione. I semiconduttori sostituirono rapidamente le valvole nelle applicazioni e consentirono uno sviluppo tecnologico che le valvole non avrebbero mai permesso: il circuito integrato, o microchip, costruito per la prima volta da Jack Kilby della Texas Instrument Corporation, nel 1958, e da Jean Hoerni e Robert Noyce della Fairchild Semiconductor Corporation nel 1959. Si trattava di un unico blocco cristallino a base di silicio in cui si trovavano i vari componenti elettronici necessari al funzionamento del circuito. Può sembrare una cosa da poco, ma fu un’invenzione rivoluzionaria. Fino ad allora i componenti elettronici erano costruiti separatamente e assemblati, mentre da quel momento i circuiti sono stati disegnati e realizzati direttamente su dischi di silicio per mezzo di operazioni automatizzate sempre più complesse. È stata l’invenzione del microchip a consentire lo sviluppo dei moderni computer. I primi circuiti integrati contenevano una decina di componenti su un pezzo di silicio largo 3 millimetri quadrati e nel 1970 era già possibile includere un migliaio di componenti nella stessa superficie con gli stessi costi. Nel 1971, la Intel produsse il primo microprocessore: il 4004. La corsa alla miniaturizzazione era cominciata. Il 4004 poteva svolgere soltanto semplici operazioni matematiche ed elaborava appena 4 bit, cioè quattro cifre binarie, alla volta. Nel 1974, però, arrivò l’8080, che conteneva 6 mila transistor e lavorava con 8 bit. Poi fu la volta dell’8088, introdotto nel 1979 e incorporato nel primo pc Ibm del 1982, che aveva 29 mila transistor e gestiva 16 bit a una velocità di clock di 5 megahertz. Il resto è storia recente. Solo per citare i processori della Intel, nel 1982 comparve l’80286 (o 286), poi il 386, il 486 e, nel 1993, il Pentium, i nuovi processori multi core. I moderni chip possono avere miliardi di transistor larghi appena 32 nm, cioè tremila volte più sottili di un capello, e una frequenza di clock fino a circa 5 gigahertz, vale a dire 5 miliardi di ripetizioni al secondo. E già dagli anni Ottanta i microchip sono entrati negli elettrodomestici come lavatrici, lavastoviglie, forni a microonde, macchinette fotografiche con fuoco automatico, segreterie telefoniche. Queste applicazioni casalinghe si basano spesso su un sistema un po’ diverso da quello tradizionale di un computer: usano una logica fuzzy, cioè che non ammette soltanto i valori 0 e 1, ma anche quelli intermedi. Questa possibilità fu ideata negli anni ’60 del Novecento dal matematico azero Lotfi Zadeh ed ha avuto molto successo in queste applicazioni e anche in altri campi come la finanza.

Questi risultati sono il frutto di una continua e finora inarrestabile miniaturizzazione. Al diminuire delle dimensioni dei transistor, anche la velocità dei circuiti integrati è aumentata, perché un transistor più piccolo impiega un tempo inferiore a svuotarsi o a riempirsi di carica elettrica. Se la legge della tecnologia impone ai transistor di rimpicciolirsi sempre di più, la legge dell’economia impone ai computer di mantenere lo stesso prezzo. Certo, alla fine della stagione anche i prezzi dei computer si abbassano un po’ per smaltire le scorte, ma le industrie puntano ovviamente al profitto e cercano di spingere i consumatori a comprare prodotti sempre più avanzati. I computer, come i telefoni cellulari, non sono fatti per durare a lungo. Durano due, tre anni, poi cominciano a diventare più lenti, obsoleti, problematici. E conviene comprarne di nuovi. Forse qualcuno preferirebbe comprare modelli semplici a prezzo stracciato, ma un computer è un vero e proprio miracolo della tecnologia e vale ogni centesimo del suo costo. Un miracolo dovuto all’efficienza dell’economia di scala su cui si basa, e cioè alla vendita di moltissimi prodotti in tutto il mondo, che offre ampi margini di guadagno alle poche aziende che possono permettersi gli strumenti necessari alla ricerca e alla fabbricazione. Come comprese già due secoli fa il filosofo tedesco Georg Wilhelm Friedrich Hegel, nell’epoca in cui ci troviamo la vera ricchezza non è più tanto di chi possiede i beni, ma soprattutto di chi possiede le macchine, perché sono le macchine a garantire la produzione dei beni. Questo è vero per il mondo di oggi e per l’industria elettronica. Anche se forse c’è un elemento nuovo: il mondo è oggi molto più veloce e mutevole che ai tempi di Hegel, e le apparecchiature industriali cambiano in continuazione. Nei settori più avanzati, le macchine non bastano più a garantire una ricchezza duratura, perché i beni che producono sono presto superati da nuovi prodotti per i quali occorrono altre macchine più evolute. In questi settori, più delle macchine conta ormai la conoscenza tecnica e la capacità di innovazione. La costruzione di un circuito integrato è un processo di straordinaria complessità. Si parte dal silicio. Dapprima lo si fa fondere a poco più di 1.400 °C. Poi lo si fa raffreddare e solidificare lentamente a partire da un piccolo seme, un cristallo iniziale che ha la funzione di avviare il processo di cristallizzazione. Il seme cristallino viene lentamente estratto e fatto ruotare: si forma così un cilindro di cristallo purissimo, largo fino a 30 centimetri e pesante anche un quintale. La purezza è tale che per ogni 10 miliardi di atomi di silicio ce n’è, al più, uno di altri elementi.

Il cilindro è tagliato di traverso con l’aiuto di punte di diamante, per formare tanti dischi di spessore pari a circa 0,6 millimetri, che sono poi levigati fino a diventare perfettamente lisci: sono i cosiddetti wafer, che costituiscono il substrato sul quale sono eseguite le operazioni successive. Per arrivare al microchip finale, sono oggi necessarie molte centinaia di operazioni, tutte da realizzare con la massima precisione e in un ambiente molto più puro di una sala operatoria, la cleaning room. Questi processi si realizzano con una serie di maschere metalliche, vale a dire lastre nelle quali è incisa la struttura dei vari piani che compongono il circuito. Le maschere servono per impiantare in alcuni punti specifici atomi di altri elementi che cambiano le proprietà elettriche del silicio, oppure allo scopo di depositare materiali diversi, oppure per scavare solchi microscopici con un processo detto plasma-etching, una sorta di bombardamento atomico. In questi microcanali sono inseriti anche i metalli che si usano per i collegamenti tra le varie parti del circuito e sono l’equivalente dei fili elettrici. A questo punto la donna ha finito di battere sulla tastiera. Dà il comando di stampa. Il programma di scrittura Word invia la richiesta al sistema operativo, che trasforma - attraverso un cambiamento nella configurazione dei suoi circuiti - i dati in un formato adatto e li invia, tramite una porta di uscita, alla stampante.

CAPITOLO 13

La stampante: dalla carta ai circuiti flessibili

Mentre la donna sbuffa in attesa dei suoi fogli, i dati del suo computer hanno già raggiunto la stampante e sono depositati provvisoriamente nella sua memoria ram, in attesa di essere elaborati il prima possibile. L’operazione non è ancora avvenuta, ma – grazie all’immagazzinamento nella memoria della stampante – il computer si può considerare libero, ha assolto il suo dovere ed è disponibile per lo svolgimento di altri compiti. La stampante si predispone: le testine si puliscono, si avvia il motorino che pesca il foglio di carta dal carrello e lo spinge avanti. È una stampante a getto d’inchiostro. Un motore spinge le testine lungo in foglio, in orizzontale, lasciando un brevissimo tempo di pausa per la creazione di un minuscolo punto d’inchiostro. Durante quel breve e impercettibile istante, le testine si fermano, spruzzano il colore (o i colori) secondo i comandi ricevuti, e riprendono a muoversi. Percorrono tutto lo spazio della pagina in orizzontale, una riga per volta, riempiendola di puntini larghi appena la metà dello spessore di un capello. Quando giungono alla fine di una riga, ano a quella successiva dopo che il foglio è avanzato leggermente verso l’alto. I quattro colori solitamente disponibili – dalla cui combinazione si ottengono tutti gli altri – sono rilasciati in precise proporzioni, secondo i comandi ricevuti, e riescono a riprodurre una vastissima gamma cromatica, quanto basta a riprodurre una foto. La stampa può durare da pochi secondi, se la pagina contiene solo testo o semplici disegni monocromatici, a un paio di minuti per operazioni più elaborate. Ed è subito pronta per l’uso, perché gli inchiostri si asciugano subito. Il buon esito dell’operazione dipende in maniera cruciale dalla qualità dell’inchiostro, le tecniche usate per spruzzarlo e dalla carta. La carta, in particolare, per offrire una qualità maggiore deve essere di preferenza ricoperta da un sottile strato di cera, per evitare che l’inchiostro sia assorbito e si estenda per capillarità fino a formare un piccolo alone.

Per quel che riguarda il processo di stampa, cioè il modo di spruzzare le goccioline, le aziende hanno sviluppato tecnologie diverse. Una possibilità, adottata da Canon e Hewlett Packward, consiste nell’inserire una piccola resistenza elettrica in prossimità dell’ugello dal quale esce l’inchiostro. Nel momento della stampa, la resistenza è percorsa da corrente, si scalda e crea una bolla che spinge l’inchiostro a uscire. E quando la gocciolina di inchiostro esce, si crea un vuoto che richiama altro inchiostro dalla cartuccia. Una singola testina può contenere centinaia di piccoli ugelli, e tutti quanti possono spruzzare contemporaneamente. Un’altra possibilità per creare le gocce è stata brevettata da Epson. Per spingere l’inchiostro fuori dagli ugelli, si usa in questo caso un cristallo piezoelettrico, che si allarga in presenza di un piccolo segnale elettrico e funziona come una piccola pompa. Le stampanti a getto d’inchiostro sono oggi protagoniste di quella che si preannuncia come una rivoluzione nell’elettronica, la stampa di circuiti integrati. Invece di costruire costosissimi e complicatissimi circuiti basati sulla tecnologia del silicio, infatti, oggi molti ricercatori e alcune industrie stanno cercando una soluzione alternativa: stampare i circuiti integrati su un o di plastica flessibile. La tecnica di stampa è molto simile a quella della stampante a getto d’inchiostro, ma al posto dell’inchiostro si ebbero polimeri conduttori di elettricità. L’idea è quella di fare circuiti di plastica, insomma. E non con l’aspirazione di sostituire il silicio, con il quale si può ottenere una miniaturizzazione – e quindi una potenza di calcolo – molto più spinta, ma con quella di conquistare un altro settore del mercato, quello di circuiti flessibili, alla moda, luminosi e molto economici. La donna ritira la stampa e vede indispettita che i colori sono venuti male: almeno una cartuccia deve essere sostituita. Le stampanti a getto di inchiostro sono oggi molto economiche, e spesso i produttori le vendono sotto costo o addirittura le regalano in promozione insieme ad altri prodotti. Lo fanno perché costa poco produrle e perché il guadagno si basa soprattutto sulla vendita delle cartucce di inchiostro. Per chi stampa molto, è più conveniente una stampante laser, come quella di fronte alla quale il collega della donna sta aspettando la sua stampa. È un po’ più costosa, ma ha il vantaggio di usare un “inchiostro” più economico, il cosiddetto toner, e di avere una qualità di stampa elevata. Ma che cosa c’entra il laser con la stampa? Questa è una buona domanda e la risposta è nelle prossime pagine. Dopo la pausa pranzo.

CAPITOLO 14

Perché la forchetta ha quattro rebbi?

L’uomo, la donna e l’amico vanno al bar per un pranzo veloce, da consumare durante la pausa per il pranzo. Si siedono al tavolo, ordinano e subito il cameriere porta loro i bicchieri, i piatti, i tovaglioli e le posate. In attesa della pastasciutta, e mentre parla con l’amico, la donna afferra le posate. Non sa che il coltello che impugna con la destra è uno strumento antico come l’uomo, mentre la forchetta che afferra con la sinistra è molto più recente, frutto di appena un paio di secoli di evoluzione della forma. I nostri antenati mangiavano infatti con le mani, o al più aiutandosi con un coltello. Strano? Un po’ sì, soprattutto se si considera che i cinesi conoscono le bacchette e le usano da molto più tempo, da circa cinque millenni. E se si pensa anche al fatto che la tecnologia e la cultura sono in continua evoluzione: chissà con quali strumenti mangeranno i nostri pronipoti! In fondo non abbiamo alcuna ragione di pensare che coltello e forchetta siano conquiste definitive della nostra cultura. La storia dell’umanità è cominciata con le pietre scheggiate, soprattutto selce e ossidiana, dalle quali i nostri progenitori ottenevano lame, e dunque armi per uccidere e utensili per tagliare il cibo. Con l’avvento della metallurgia, prima del bronzo e poi del ferro, giunsero anche i primi coltelli metallici, che potevano avere manici in legno, osso, conchiglie. Nel corso dei secoli, si sviluppò l’abitudine di mangiare con due coltelli. Nel Medioevo era considerata una raffinatezza e si faceva nelle occasioni formali. Il secondo coltello era usato un po’ come noi usiamo la forchetta oggi: si impugnava con la mano sinistra per tenere ferma la pietanza, mentre l’altro coltello serviva per tagliare. Il cibo era poi infilzato con la punta e portato alla bocca.

Il coltello, però, non era molto adatto a tenere ferma la carne e per questo si preferiva in genere usare le mani. Fu probabilmente proprio per evitare un tale inconveniente che si svilupparono le forchette, inizialmente composte da due o tre rebbi (le punte). Le usavano anche Greci e Romani, ma soltanto in cucina, non come utensili da tavola. Poi si pensa che le forchette fossero usate fin dal VII secolo nelle corti mediorientali e che da qui raggiunsero l’Italia nel XII secolo. L’uso si diffuse rapidamente in Italia, soprattutto nel Rinascimento, e molto più lentamente nel resto d’Europa. Ma nel Seicento la forchetta cominciò a essere usata sempre più e a evolversi rapidamente. Le prime forchette erano molto simili a quelle usate in cucina, con due rebbi lunghi e spessi. La moda e lo stile, però, imponevano che le posate da tavola si distinguessero da quelle da cucina e le forchette cominciarono a cambiare aspetto. Cambiò innanzitutto la lunghezza dei rebbi, che si accorciò: se due rebbi lunghi erano utili per tenere fermo un pezzo di arrosto, altrettanto non si poteva dire a tavola. I rebbi, inoltre, si assottigliarono e si distanziarono leggermente, per tenere meglio il cibo senza farlo ruotare. A questo punto, c’era ancora il problema che alcuni pezzi di cibo potevano are tra i rebbi, per cui si sentì la necessità di aggiungerne un terz0, e poi un quarto. A quel punto la forchetta raggiunse il massimo della funzionalità, perché poteva essere usata non solo per infilzare il cibo, ma anche per raccoglierlo come un cucchiaio e portarlo alla bocca. All’inizio del XVIII secolo, le forchette in Germania erano virtualmente come sono oggi, e alla fine del secolo successivo quelle a quattro rebbi divennero lo standard in Gran Bretagna. Furono sperimentate anche forchette a cinque o sei rebbi, ma senza successo: le punte in più non offrivano alcun vantaggio, e anzi diventavano troppo ingombranti per la bocca o inadatte per altre ragioni. L’evoluzione della forchetta è stata accompagnata da quella del coltello da tavola. Mentre il coltello da cucina è rimasto simile alla forma originaria, con una punta e un lato molto tagliente, il coltello da tavola ha cambiato aspetto. Ha perso la punta, soprattutto. Nei secoli scorsi i coltelli erano usati un po’ per tutto: per mangiare, ma anche come arma di difesa. E se durante un combattimento la punta serviva per ferire, a tavola aveva lo scopo di infilzare il cibo… è naturale che destasse qualche perplessità, soprattutto negli ambienti più raffinati. Del resto c’è chi dice che

anche Confucio, in tutt’altro contesto, abbia contribuito a eliminare del tutto il coltello dalla tavola in Cina e nei Paesi vicini: considerato uno strumento da macelleria, il coltello poteva essere usato solo in cucina, anche al fine di tagliare a piccoli pezzi il cibo e consentire di mangiare con le sole bacchette. Nell’Occidente, le cose cambiarono con l’arrivo della forchetta: la punta del coltello non serviva più e, nel corso dei secoli, fu eliminata. Si eliminò così anche una cattiva tentazione, in quanto in molti usavano i coltelli per pulirsi i denti dopo aver mangiato. Si dice che il cardinale Richelieu fosse disgustato da questa abitudine di molti suoi ospiti. Nella corte di Francia, furono perciò preferiti i coltelli senza punta, e nel 1669 il re Luigi XIV proibì l’uso di coltelli appuntiti sia a casa che in pubblico. I coltelli arrotondati si diffo sempre di più. All’inizio avevano forma di sciabola, con la lama che si piegava verso l’esterno, ed erano usati anche per raccogliere il cibo e portarlo alla bocca. Poi, grazie all’evoluzione della forchetta, questa funzione si perse e il coltello assunse la forma attuale: la forchetta serviva per raccogliere il cibo e il coltello per tagliare. L’“antico” coltello a punta rimase soltanto in cucina e per alcune applicazioni particolari, come per tagliare una bistecca, che in fondo si può considerare un’operazione da cucina che si svolge a tavola. Mentre la donna porta il cibo alla bocca con la forchetta, l’uomo impugna il bicchiere pieno d’acqua. Un materiale di provenienza antica, lontanissima, il vetro fu usato anche dagli antichi Romani. Le sue origini risalgono alla notte dei tempi, e hanno radici comuni con quelle della ceramica. Prima ancora di conoscere i metalli, la ruota e la scrittura, infatti, i nostri antenati conoscevano e lavoravano la ceramica. La testimonianza più antica è una Venere, una statuetta religiosa, rinvenuta a Dolni Vestonice, nella Repubblica Ceca. Risale a circa 27 mila anni fa, e fu ricavata da grasso e ossa, mischiati a cenere e argilla e cotti a 500-800 gradi in fornaci scavate nella terra. Le tecniche di produzione della ceramica si svilupparono intensamente circa 10 mila anni fa, quando comparvero i primi vasi per conservare il grano e i primi esempi di vasellame. Anche le tecniche di produzione si svilupparono notevolmente e verso il 5.000 a.C. comparve il tornio, un o rotante per realizzare forme circolari. Questa fu, tra l’altro, un’anticipazione della ruota, che nel 3.500 a.C. era usata in Mesopotamia come mezzo di trasporto, come

testimonia un’incisione su una tavoletta rinvenuta nella città di Ur. Fu producendo la ceramica che i nostri antenati presumibilmente scoprirono il vetro. Sabbia o silice presenti accidentalmente nell’argilla, infatti, si trasformano con la cottura in composti vetrosi. Lo sviluppo di metodi veri e propri per la fabbricazione del vetro è attribuito agli egizi, che già nel 2.000 a.C. ottenevano questo materiale riscaldando una miscela di quarzo ottenuto dalla sabbia e carbonato di sodio. La tecnica della soffiatura si sviluppò invece qualche secolo dopo, e rese possibile la realizzazione di contenitori e bottiglie, come quella che l’uomo sta inclinando per versare l’acqua nel bicchiere della donna. L’altro uomo, nel frattempo, impugna il suo bicchiere di cristallo pieno di vino e ne ammira per un attimo la lucentezza. Nella matrice di vetro che compone questo utensile sono incastonati atomi di piombo che ne migliorano le caratteristiche ottiche e lo rendono anche un po’ più fragile del vetro normale. L’uomo beve, la donna affonda il cucchiaino nel dessert. Anche il metallo che ha tra le dita è il frutto dello sviluppo tecnologico delle ceramiche, primo materiale artificiale. Fu in fornaci in ceramica che, circa 6 mila anni fa, un nostro sconosciuto antenato scoprì la fusione dei metalli, ponendo le premesse per l’età del bronzo. E ancora oggi le industrie metallurgiche non esisterebbero se non ci fossero gli altoforni in materiale ceramico refrattario, un lontano parente dei mattoni che compongono le nostre case, della porcellana dei nostri servizi da tè, della Venere di Vestonice e del piatto rimasto vuoto, dove la donna ha appena finito di mangiare il suo dessert.

CAPITOLO 15

La fotocopiatrice e la lattina

Il rientro in ufficio avviene con la solita lentezza pomeridiana. Dopo aver preso il caffè al bar, la donna, l’uomo e il collega entrano nella porta che li proietta nuovamente nel mondo del lavoro. L’uomo prende subito un libro e si dirige verso la macchina fotocopiatrice. Apre il coperchio, appoggia il libro aperto sul pannello di vetro, chiude il coperchio e preme il tasto di avvio. La macchina, per tutta risposta, fa comparire una scritta sul suo display a cristalli liquidi che dice: “Riscaldamento in corso. Si prega di attendere”. L’uomo attende un po’ spazientito. Ma il risultato della fotocopia varrà bene quella piccola attesa, durante la quale i cilindri interni si preparano all’operazione. Quelli che fisseranno la stampa si scaldano, mentre un altro cilindro che imprimerà i caratteri e le figure si ricopre di uno strato invisibile di carica elettrica positiva. A un certo punto la macchina è pronta. Tutto è predisposto e sul display i polimeri dei cristalli liquidi si allineano su comando di un semplice microprocessore in modo da far comparire la scritta “Macchina pronta all’uso. Premere Ok”. L’uomo, obbediente, preme Ok. E la macchina, obbediente anch’essa, agisce. Una lampada che produce una striscia di luce intensa scorre sotto il vetro, illuminando la pagina da fotocopiare. La luce colpisce il foglio stampato, viene riflessa dalla pagina bianca e assorbita dai caratteri neri. Un’immagine della striscia di pagina è così riflessa verso il basso e raccolta da uno specchio che si muove insieme alla lampada, per poi giungere sul cilindro rivestito di carica positiva. E qui compie il miracolo. Il cilindro è composto da materiale semiconduttore, della stessa natura del silicio che compone i circuiti integrati. I semiconduttori, di per sé, non conducono bene l’elettricità. Ma se sono illuminati il discorso cambia, perché i loro elettroni assorbono la luce e guadagnano energia: invece di restare intrappolati nei pressi dei loro atomi di appartenenza, si “delocalizzano” su spazi più ampi e possono spostarsi e condurre l’elettricità. Grazie a questa proprietà, il rullo fotosensibile diventa conduttore in tutti i punti che sono illuminati dalla luce bianca riflessa dalla

pagina, mentre rimane elettricamente isolante nei punti in cui giunge la riflessione dei caratteri neri, cioè nelle zone non illuminate. Nelle zone illuminate, gli elettroni liberati dalla luce sono attirati dagli ioni positivi che erano stati depositati in superficie nella fase di preparazione, li raggiungono e si combinano con loro, annullando la carica elettrica. Le zone del cilindro corrispondenti ai caratteri, invece, restano ricoperte di ioni positivi. Con questo stratagemma, di volta in volta che la lampada si sposta in direzione orizzontale, illuminando la pagina del libro, si forma sul cilindro interno che ruota un’immagine elettrica di una striscia della pagina stessa. L’immagine è in questa fase ancora invisibile. Diventa visibile quando il cilindro entra a contatto con le microparticelle di toner, una sorta di inchiostro solido, che più precisamente è composto da palline di polimeri ripiene di pigmenti: le particelle, che hanno carica negativa, si attaccano al cilindro in corrispondenza dei caratteri. Sono appoggiate al rullo come polvere di ferro attaccata a una calamita, ma non sono ancora ben fissate. Il rullo, infatti, è soltanto un intermediario: deve depositare le particelle così come sono sul foglio di carta. Ma prima il foglio deve essere predisposto, e una serie di punte ad alta tensione gli trasmette una carica elettrostatica positiva maggiore di quella del cilindro. Le particelle di toner possono così are dal cilindro al foglio, per poi essere fissate da due rulli caldi ricoperti di teflon, lo stesso materiale delle pentole antiaderenti. Le particelle di plastica colorata si sciolgono e aderiscono alla carta in maniera definitiva. Un ultimo sistema di rulli porta la pagina pronta nel vassoio in uscita, e qui l’uomo la può raccogliere ancora calda, soddisfatto di avere tra le mani ciò che gli serviva. Il funzionamento di una macchina fotocopiatrice non è molto diverso da quello di una stampante laser. Anche in quest’ultima, infatti, c’è un cilindro fotosensibile che raccoglie le particelle di toner e le deposita su un foglio elettrizzato subito prima del contatto. E anche nella stampante laser ci sono poi due cilindri caldi rivestiti di uno strato di teflon antiaderente che sciolgono e comprimono il toner sul foglio di carta. La differenza principale tra la fotocopiatrice e la stampante è nella sorgente luminosa: una lampada nel primo caso e una luce laser nel secondo. La lampada, infatti, va benissimo per ricreare qualcosa che c’è già (il foglio da fotocopiare). Il laser, invece, è più adatto a creare i caratteri dal nulla, o meglio dalle sequenze in codice binario chiamate file che arrivano dal computer. A questo punto l’uomo pensa che sia meglio prendersi una pausa. Entra nella

stanzetta del caffè e inserisce una moneta da un euro nella macchinetta. La moneta scivola lungo il percorso prestabilito, si posa su una guida metallica e con il suo peso fa scattare una leva. Il meccanismo si aziona e la lattina cade giù rumorosamente nella tasca dove la mano dell’uomo è pronto a raccoglierla. Quella lattina è una meraviglia della tecnologia: poco più spessa dello spessore di un capello, un decimo di millimetro, può reggere fino a più di 6 atmosfere, vale a dire circa tre volte la pressione degli pneumatici di un’automobile. Una prestazione resa possibile dalla sua forma accuratamente progettata e dal materiale di cui è fatta: l’alluminio… E non la latta delle scatolette, come suggerirebbe il nome, che è acciaio eventualmente ricoperto di stagno. Quando nel 1865 Jules Verne profetizzò la conquista della luna, non solo indovinò che Cape Canaveral in Florida sarebbe stato il luogo del lancio, ma previde perfino il materiale con cui sarebbe stata costruita gran parte dell’astronave: alluminio. Un metallo praticamente sconosciuto fino a 10 anni prima, ma già in fase di rapida diffusione. Quello che andava oltre l’immaginazione di Verne è che ci sarebbe stato alluminio anche nel combustibile dello Shuttle e in alcuni strati delle tute che proteggono gli astronauti dagli sbalzi termici e dal vento solare. Per non parlare delle lattine, dei cavi dell’alta tensione, delle connessioni nei circuiti integrati, degli strati riflettenti nei cd, di quelli che si trovano nel tetrapak, dell’alluminio usato negli aerei, nelle automobili, negli edifici. E le ragioni del successo di questo metallo erano già chiare a Verne, che ne decantava così le virtù: «Questo prezioso metallo possiede la bianchezza dell’argento, l’indistruttibilità dell’oro, la resistenza del ferro, la fusibilità del rame, la leggerezza del vetro. Si lavora facilmente ed è facile da reperire, perché forma la base di gran parte delle rocce...» (dal romanzo Dalla Terra alla luna). La leggerezza e la robustezza, in particolare, lo rendono oggi prezioso nell’edilizia e nei trasporti. L’alluminio puro è un materiale tenerissimo, ma per conferirgli tenacia e rigidità basta aggiungere piccole quantità di altri metalli come ferro, silicio, magnesio e rame. È anche un materiale resistente alla corrosione e agli agenti chimici, anche se le sue polveri sono molto reattive e sono usate per fare esplosivi e carburanti di razzi e navicelle spaziali. Proprio a causa di questa sua reattività, l’alluminio si riveste subito di un sottile strato di ossido compatto e aderente che lo protegge da ulteriori reazioni chimiche, ed è per questo che in condizioni normali non si ossida.

Nonostante la sua utilità, lo conosciamo e lo usiamo soltanto da poco più di un secolo. Perché? Non certo perché è un elemento raro: al contrario, è il più abbondante della crosta terrestre dopo l’ossigeno e il silicio e ne costituisce l’8% circa in peso. Si concentra negli strati più esterni, perché è leggero ed è venuto “a galla” 4,5 miliardi di anni fa, quando la Terra era ancora una sfera di roccia fusa. L’alluminio è però ato a lungo inosservato, perché non esiste allo stato puro, ma solo in combinazione con altri elementi come l’ossigeno. E infatti l’ossido d’alluminio, o allumina, abbonda nell’argilla. E c’è alluminio anche nella mica, nei feldspati, negli zaffiri, nei rubini, ma soprattutto nella bauxite, un’argilla rossastra utilizzata come materia prima nell’industria. Giacimenti di questa sostanza si trovano in Africa, in India, in Australia… oltre che nei pressi del villaggio Les Baux, dal quale prende il nome, nella Francia meridionale. È dunque soprattutto dalle cave di bauxite che comincia la storia di una lattina. La bauxite si estrae dalle miniere e si trasporta alle raffinerie, dove si procede all’estrazione chimica degli ossidi. Da questi si ottiene poi il metallo per mezzo di un processo elettrolitico ad alta temperatura: le molecole di allumina si scindono in atomi di ossigeno e atomi di alluminio, che si depositano sul fondo. Il metallo viene poi mischiato ad altre sostanze, come magnesio, manganese, rame, silicio, ferro. È poi riscaldato a 500 °C prima di are nei rulli che lo assottigliano fino a farlo diventare spesso pochi millimetri. E un secondo rullaggio a bassa temperatura lo porta allo spessore finale. Il foglio sottile è tagliato, lubrificato, arrotolato. In un secondo momento si aggiunge il coperchio, il fondo, poi l’inchiostro esterno da far asciugare in forno. E infine si rifinisce la lattina, si fanno i test, si crea l’apertura per la linguetta e si applica una piccola quantità di collante sui suoi bordi. La lattina vuota e le linguette sono quindi inviate ai produttori di bevande. Qui il processo industriale continua, e la lattina è riempita di acqua, zucchero o dolcificanti, anidride carbonica e altri ingredienti in un ambiente ad alta pressione e in condizioni di bassa temperatura. Prima che la lattina esca all’aperto, si aggiunge il tappo e lo si sigilla. Le pareti delle lattine sono sottilissime, ma l’alluminio può essere assottigliato ancora di più. I rotoli di domopak e la carta dei cioccolatini sono spessi fino ad appena 5 millesimi di millimetro, meno di un decimo dello spessore di un capello, e tuttavia permettono un completo isolamento da aria, luce, umidità e microbi.

L’uomo schiaccia la sua lattina e la butta nel sacchetto della spazzatura. Da questo momento il cilindro metallico comincia un nuovo viaggio, che la porterà presumibilmente in un inceneritore o in un impianto di riciclaggio. Bruciandola, si ricava una buona quantità di energia, ma la soluzione migliore è il riciclo. Per estrarre 1 kg di alluminio dalla bauxite, infatti, ci vogliono circa 16 chilowattora (kWh) di energia. E anche se il consumo energetico richiesto è diminuito del 70% negli ultimi 100 anni (e sono migliorati, e divenuti meno inquinanti, anche i processi di produzione), il riciclo costa il 95% di energia in meno rispetto alla produzione diretta. I Paesi europei, e anche l’Italia, lo riciclano in abbondanza. L’alluminio è infatti forse l’unico materiale che vale più del costo di raccolta e riciclo, un materiale talmente artificiale che per produrlo conviene prenderlo non dalla natura, ma dai nostri stessi rifiuti.

CAPITOLO 16

Il carbone nel telefono

Rimasta sola alla sua postazione, mentre l’uomo beve la sua bevanda preferita, la donna è libera di fare quel che voleva: chiama il negozio di scarpe per sapere se è arrivato il modello che voleva provare. Impugna con decisione la cornetta, la porta all’orecchio e con l’altra mano compone con sicurezza il numero telefonico. Nell’istante in cui la cornetta si alza, la linguetta sulla quale poggiava si muove e chiude un circuito elettrico. Una corrente che viene dalla linea telefonica a bassa tensione, una rete diversa da quella elettrica, comincia a scorrere nell’apparecchio. A questo punto, il telefono entra in collegamento con una centralina di controllo, che per avvisare dell’avvenuto contatto restituisce un segnale acustico composto da due frequenze a 350 e 440 Hz. Se la donna portasse la cornetta all’orecchio udirebbe il familiare “tu-tuu”. La donna, però, ha fretta e compone subito il numero. I suoi genitori e i suoi nonni avrebbero usato un vecchio telefono a disco. Questo sistema, inventato negli anni Novanta dell’Ottocento, consisteva appunto in un disco connesso a una molla che lo faceva tornare sempre allo stesso punto. E il disco scorreva sempre alla stessa velocità, richiamato da una molla e regolato da un meccanismo meccanico: nel tornare alla sua posizione di riposo impiegava un tempo tanto più lungo quanto più grande era il numero. E, nel contempo, faceva scattare ripetutamente un interruttore, generando pause di un decimo di secondo circa nella corrente che raggiungeva la centrale. Dalla quantità di pause, la centrale era in grado di capire il numero digitato. Oggi tutti hanno i telefoni a pulsanti, che sono stati inventati negli anni Sessanta del Novecento e si basano su un principio un po’ diverso. Ogni pulsante produce un segnale dual tone, perché formato da due toni, o frequenze: c’è un segnale a frequenza bassa (alcune centinaia di Hz) e uno a frequenza più alta (più di mille

Hz). La centrale telefonica è in grado di ricevere e decifrare questi segnali, e perciò anche di capire il numero digitato. Il vantaggio rispetto al telefono a disco è che i segnali dual tone possono servire sia per stabilire il contatto con la centralina, sia per viaggiare oltre nella rete telefonica, come la voce. Possono per esempio interagire con i sistemi di risposta automatica, che chiedono di scegliere tra più opzioni premendo i diversi tasti. Una possibilità che era preclusa ai vecchi telefoni a disco, perché i loro segnali erano di tipo diverso. Quando si digita un numero, si entra innanzitutto in contatto con una centralina telefonica. E la centralina provvede a stabilire il collegamento con il numero digitato. Cioè, nel caso della donna, con il negozio di scarpe. Questo compito, in ato, era compiuto manualmente e c’era un impiegato incaricato di prendere la chiamata e stabilire la connessione. Ora tutto avviene automaticamente. Per telefonate locali, la centrale collega direttamente i due telefoni. Per telefonate più lontane, il sistema è più complesso: si a attraverso altre centrali, alcune delle quali raccolgono anche le telefonate dei cellulari, mentre altre possono stabilire connessioni intercontinentali via satellite o attraverso un cavo sottomarino. Alla fine il risultato è lo stesso: si stabilisce una connessione tra i due utenti, come se fossero collegati da due telefoni e un filo diretto. La commessa del negozio di scarpe riceve il trillo generato dalla centrale. È un segnale a 75 volt, una tensione più alta di quella necessaria alla comunicazione vocale, e che oscilla 20 volte al secondo, facendo vibrare una camla collegata a un elettromagnete (trillo meccanico) o un cristallo piezoelettrico collegato a un piccolo altoparlante (trillo elettrico). Impugna la cornetta e dice “Pronto?”. È a questo punto che si realizza il miracolo per la prima volta creato dall’inventore italiano Antonio Meucci, che brevettò il telefono nel 1871: la voce si trasforma in segnali elettrici, viaggia attraverso i fili metallici e ritorna voce all’altro estremo del cavo, nell’altra cornetta, consentendo la comunicazione a distanza. Il “telegrafo parlante”, come lo chiamava Meucci, un miracolo tecnologico che fu perfezionato dallo scozzese Alexander Graham Bell e da Thomas Alva Edison, e che è rimasto immutato fino a oggi, o quasi: le onde sonore della voce, cioè le onde di pressione dell’aria prodotte dalle corde vocali, raggiungono una membrana metallica nella cornetta e la fanno vibrare. La membrana è collegata elettricamente a un elettrodo metallico attraverso granuli di carbone: quando vibra, i granuli si muovono e la corrente che scorre dalla membrana all’elettrodo ne risente. Si creano così oscillazioni elettriche che

riflettono le vibrazioni sonore e che possono essere ritrasformate in suono con un’altra cornetta. Questo principio è stato usato a lungo, anche se i telefoni più recenti adottano sistemi un po’ diversi. Quando la commessa dice “Pronto?”, le sue corde vocali producono onde di pressione nell’aria, che si propagano alla velocità del suono e raggiungono la cornetta. Qui incontrano una membrana in materiale plastico, rivestita da un sottile strato metallico sul lato interno. E oltre la membrana c’è un elettrodo. Il sistema è simile a quello di Meucci, ma non ci sono i granuli di carbone. C’è soltanto un campo elettrico tra la membrana del telefono e l’elettrodo interno. Quando le onde acustiche della voce della donna entrano nella cornetta, la membrana si mette a oscillare. E a causa delle interazioni elettriche tra la membrana e l’elettrodo, le oscillazioni meccaniche della membrana si trasformano in oscillazioni della corrente e del potenziale elettrico che partono dall’elettrodo e da qui cominciano un lungo viaggio attraverso la rete telefonica fino a raggiungere l’apparecchio della donna nel suo ufficio. Qui la corrente oscillante a attraverso cavi elettrici avvolti in una spira cilindrica inserita in una calamita. La corrente genera nella spira un campo magnetico che interagisce con quello della calamita e genera una forza oscillante tra i due: la spira si muove così avanti e indietro, facendo vibrare una membrana alla quale è attaccata. E la membrana, vibrando, riproduce il suono che era stato emesso dall’altra parte. La donna, ansiosa di sapere delle scarpe, può udire la voce della commessa dire “Pronto?” e può rispondere a sua volta. Questo sistema di teletrasmissione della voce non è perfetto. Ogni suono, ogni parola che emettiamo, ha un suo “colore” particolare, un timbro, un qualcosa di inconfondibile. La voce di due persone non è infatti mai uguale, così come non è mai perfettamente uguale il suono di due strumenti musicali diversi. I suoni reali, infatti, non sono mai “puri”, cioè costituiti da una sola e ben precisa frequenza acustica. Sono, piuttosto, composti da molte frequenze, ed è proprio questo che conferisce a ogni bocca e ogni strumento musicale una sorta di “impronta digitale sonora”. Più precisamente, l’insieme dei suoni “puri”, di frequenza ben definita, nei quali si può scomporre un particolare suono costituisce il suo “spettro” sonoro. E ogni suono ha un suo spettro caratteristico, che lo identifica. La voce umana è costituita da frequenze comprese tra circa 500 e 2 mila Hz, mentre le nostre orecchie percepiscono suoni di frequenza compresa tra 20 e 20 mila Hz. E il telefono, che è progettato per trasmettere la voce umana, garantisce una buona trasmissione tra 350 e 3.500 Hz. Un intervallo molto inferiore alle

capacità del nostro orecchio, ma sufficiente a garantire una buona qualità nelle conversazioni. I suoni con frequenze minori e maggiori di questi limiti, invece, non sono trasmessi. Sono filtrati via. Ciò distorce leggermente la voce ed elimina completamente i suoni molto acuti di altra natura. I telefoni hanno anche un filtro per evitare rimbombi nella cornetta. A tal fine c’è un circuito elettrico che crea un’interferenza distruttiva tra il segnale che esce dal trasmettitore e quello che entra nel ricevitore: i due si annullano, facendo in modo che all’orecchio di chi parla non giunga la sua stessa voce. L’alimentazione necessaria a tutto il funzionamento è garantita dalla centrale e si attiva automaticamente nel momento in cui si alza la cornetta. Per questo la rete telefonica è indipendente da quella elettrica (a parte i cordless che sono alimentati da una batteria), per cui di solito i telefoni funzionano anche in caso di black out. La donna, nel frattempo, vede l’uomo tornare con una lattina in mano e prova subito l’irresistibile desiderio di prendere qualcosa da bere anche lei. Deve, però, chiudere la conversazione. Se avesse lì in ufficio un telefono cordless come quello di casa sarebbe libera di muoversi. Non ci sarebbe un filo elettrico a stabilire la connessione, ma lo stesso compito sarebbe svolto dalle onde radio emesse dalla cornetta e dalla sua base collegata alla rete elettrica e a quella telefonica. I cordless sono un po’ diversi dai telefoni normali. Innanzitutto hanno una batteria che consente loro una certa autonomia e si ricaricano quando sono inseriti nella base. In secondo luogo, sono collegati alla rete telefonica non direttamente, ma attraverso la base. Il collegamento tra la cornetta e la base è garantito da onde radio e avviene contemporaneamente in due direzioni: dalla base alla cornetta (per ricevere) e dalla cornetta alla base (per trasmettere). Le due trasmissioni avvengono su due frequenze diverse, con un sistema detto duplex che consente di stabilire una conversazione normale, cioè di parlare e ascoltare contemporaneamente. Se ci fosse una sola frequenza di trasmissione, questo modo di conversare non sarebbe possibile: si potrebbe soltanto parlare o ascoltare, come si fa con le ricetrasmittenti. Nel telefono cordless, insomma, quando si risponde a una telefonata dicendo “pronto”, si fa vibrare una membrana che, come in un telefono normale, trasforma le onde acustiche della voce in segnali elettrici. Questi, però, non si riversano immediatamente nella rete, ma vanno ad alimentare un circuito che sfrutta le vibrazioni di un cristallo di quarzo per generare onde radio poi

trasmesse da un’antenna: il segnale elettrico prodotto dalla voce si “somma”, per così dire, all’onda radio emessa dal cristallo e la distorce, generando quella che si chiama tecnicamente una “modulazione di frequenza”, una tecnica simile a quella che si usa per le trasmissioni radio. La base riceve queste onde grazie a un’antenna e le ritrasforma in segnali elettrici da far viaggiare nella rete telefonica, come se a produrli fosse un telefono tradizionale. I cordless hanno fatto la loro prima apparizione attorno al 1980 e hanno subìto numerose evoluzioni. Tra le più importanti c’è stato il aggio, negli anni Novanta, dalla tecnologia analogica come quella che abbiamo descritto alla tecnologia digitale, in cui i segnali sono un insieme di bit, come i dati gestiti da un computer. Solo che nei computer i bit sono costituiti da valori del potenziale elettrico, mentre nella telefonia da impulsi elettromagnetici. La tecnologia digitale ha consentito di aumentare molto la privacy degli utenti, perché i segnali radio tradizionali potevano essere facilmente captati da altri ricevitori, mentre quelli digitali possono essere codificati e resi indecifrabili o quasi. Per proteggere la privacy, si usa spesso il sistema Digital spread spectrum (Dss), che consiste nello scomporre il segnale digitale in una serie di impulsi da trasmettere tutti a frequenze diverse, come se fossero impulsi telefonici tradizionali che viaggiano su cavi telefonici diversi. Le frequenze, oltretutto, sono scelte a caso, secondo uno schema per la prima volta ideato durante la Seconda guerra mondiale dall’attrice Hedy Lamarr e dal compositore George Antheils. È un po’ come prendere una lettera, dividerla in pezzi e affidare i vari pezzi (le parti del messaggio) a piccioni viaggiatori diversi (le frequenze di trasmissione). In questo modo, un’eventuale spia potrebbe anche riuscire a intercettare un pezzo della comunicazione, ma avrebbe serie difficoltà a ricostruire l’intero contenuto. L’idea fu veramente profetica, anche se i due inventori non si arricchirono, né mai seppero che la tecnica da loro ideata sarebbe diventata importantissima nell’ambito della telefonia mobile. Mentre conclude la telefonata, la donna “clicca” sul suo browsere apre una pagina su internet. Sta navigando usando la rete telefonica, anche se sta al tempo stesso parlando al telefono. Può farlo, perché ha una connessione Dsl, che vuol dire Digital subscriver line. Più precisamente, ha una connessione Dsl “asimmetrica”, o Adsl, che le consente di scaricare dati dalla rete con una velocità maggiore di quanto le sia possibile fare in senso inverso. La connessione Adsl è oggi molto diffusa e consente una velocità di trasmissione dei dati molto superiore a quella dei vecchi modem. Questo miglioramento è

possibile grazie al fatto che la tecnologia Dsl sfrutta in maniera efficiente le risorse della rete, facendo uso di una “banda larga” di frequenze, cioè utilizzando una quantità di frequenze elettromagnetiche maggiore rispetto a quella che si usa nel corso delle telefonate. I telefoni, infatti, come abbiamo visto, filtrano le frequenze elettromagnetiche tra 350 e 3.500 Hz. Ma i cavi metallici delle linee telefoniche hanno una capacità molto maggiore, perché potrebbero trasmettere segnali con frequenza fino a diversi milioni di hertz. L’Adsl riserva perciò alle conversazioni telefoniche le frequenze comprese tra 350 e 3.500 Hz, e usa tutte le altre per la comunicazione in internet. I segnali alle varie frequenze, per di più, possono viaggiare insieme senza interferire, e ciò consente di trasmettere una grande quantità di informazioni e di usare il telefono e internet contemporaneamente. Con “banda larga” si intende comunemente ogni sistema più veloce del modem tradizionale, e l’Adsl è il più diffuso. I suoi vantaggi consistono nella possibilità di usare internet contemporaneamente al telefono, di avere una velocità elevata e di servirsi della rete telefonica già esistente. Ha anche alcuni svantaggi: non è disponibile ovunque, la connessione è più lenta per le operazioni di (per immettere i dati nella rete) e, soprattutto, funziona bene soltanto in prossimità del provider che offre il servizio. Se il provider è a qualche chilometro di distanza, il segnale tende a deteriorarsi e la trasmissione diventa poco efficiente. La donna sussurra “o a ritirarle dopo, a presto!” e le sue parole scivolano sotto forma di onde elettriche nella rete telefonica. Contemporaneamente, nella stessa rete, scorre l’immagine digitalizzata di una scarpa che va a comporre la pagina web di fronte alla donna. Per un istante, le parole che vanno della donna e i dati che costituiscono l’immagine digitale si sovrappongono, scorrono sugli stessi cavi in direzioni diverse. E, per un miracolo della tecnologia, non interferiscono, ma scorrono senza disturbarsi nella grande autostrada delle informazioni che oggi è diventata la rete telefonica.

CAPITOLO 17

Il fax

L’uomo, intanto, è andato a inviare un fax. Il collega lo guarda con un sorriso e lo schernisce, perché lo vede in difficoltà, alle prese con una macchina vecchia più di un secolo e mezzo con la quale il nostro protagonista ha evidenti difficoltà. Il fax è stato infatti inventato nel 1843 dall’inventore scozzese Alexander Bain, al fine di trasmettere immagini e documenti lungo la linea telefonica. Da un punto di vista evolutivo, è un parente del telefono, così come l’uomo è parente dello scimpanzé e l’ippopotamo della balena. Nel caso di fax e telefono, l’antenato comune è il telegrafo elettrico inventato dal pittore statunitense Samuel Morse attorno al 1840. Morse migliorò notevolmente i modelli che si stavano sviluppando in quegli anni e sviluppò una tecnica che si basava su due soli impulsi elettrici (punto e linea) per rappresentare tutte le lettere. Il primo messaggio ufficiale, che inaugurava il primo collegamento telegrafico della storia, tra Washington e Baltimora (negli Usa), fu inviato il 24 maggio 1844 e consisteva nella frase “Così come ha promesso Iddio!”. Era l’inizio di una nuova era che ha portato allo sviluppo esplosivo delle telecomunicazioni e non si è ancora conclusa. Nel frattempo, il sistema Morse è diventato obsoleto ed è stato ufficialmente abbandonato dagli Stati Uniti il 10 agosto 1993. Prima ancora dell’invenzione del telefono, dunque, Alexander Bain brevettò un sistema per teletrasmettere le immagini. Funzionava così: l’immagine era scomposta in righe e ogni riga era codificata in punti e linee secondo il codice Morse. L’apparecchio ricevente ricomponeva l’immagine linea per linea. Il sistema non era pratico e non fu mai utilizzato. L’abate senese Giovanni Caselli lo perfezionò nel 1856, creando il “pantelegrafo”: si costruiva un’immagine o un testo su una lastra di rame, che poi era scansionata da una punta metallica oscillante mossa da un pendolo. La punta chiudeva un circuito elettrico, che “si accorgeva” del aggio sopra l’inchiostro: il contatto con il

rame, infatti, consentiva il aggio della corrente elettrica, mentre quello l’inchiostro lo impediva. L’immagine era scomposta in righe e ogni riga era trasmessa con il codice Morse, per poi essere ricostruita dall’apparecchio ricevente. In questo modo, il 22 gennaio del 1860 Gioachino Rossini riuscì a trasmettere una pagina di un suo spartito a Parigi. In seguito, il fax si è sviluppato in modo ancora diverso. L’elemento centrale è diventato un rullo metallico sul quale poggiare i fogli, con il lato da trasmettere diretto verso l’esterno. Il rullo faceva scorrere il foglio, mentre una lente, una luce e un fotosensore lo scansionavano nella direzione orizzontale. Lo leggevano, cioè, linea per linea e, all’interno di ogni linea, punto per punto. Ogni punto misurava circa un quarto di millimetro quadrato ed era registrato come bianco o come nero, e inviato nella linea telefonica con due frequenze diverse. Per esempio, un punto bianco poteva essere trasmesso come un tono a 800 Hz e uno nero come un tono a 1.300 Hz: proprio come inviare due fischi, uno più basso per il bianco e uno più acuto per il nero. Così, dall’altra parte del collegamento telefonico, l’apparecchio ricevente poteva ricostruire l’immagine punto per punto, riga per riga. Le macchine moderne si basano su un principio simile, quello di suddividere in 1.145 righe il documento da trasmettere, ma non usano più il rullo e sono molto più veloci. Contengono una schiera di 1.728 sensori allineati in grado di leggere un’intera riga del documento in una sola volta, dopo che questa è illuminata da una luce fluorescente. In questo modo, il documento è suddiviso in circa 2 milioni di pixel, ciascuno corrispondente a un bit di informazione, 0 o 1 a seconda che il pixel sia bianco o nero. La sequenza di bit, prima di essere trasmessa, viene compressa in modo da snellire il più possibile l’invio dei dati: se si invia una pagina bianca, infatti, non c’è bisogno usare tutte le informazioni pixel per pixel e si può usare un segnale convenzionale che vuol dire appunto “pagina bianca”.

La sequenza di bit è infine inviata sulla linea telefonica a un’altra macchina, dove è ricomposta in modo da ricostruire il messaggio originale. L’immagine può essere registrata in forma digitale ed essere inviata per esempio a un computer, oppure può essere stampata con una stampante a getto d’inchiostro, su una stampante laser, oppure su una “carta termica”. Quest’ultima contiene al suo interno sostanze organiche che, quando sono scaldate, diventano nere. Ma

finalmente la segretaria torna al suo posto e l’uomo può finalmente affidarle il compito che non riusciva a svolgere e tornare al suo posto di lavoro.

CAPITOLO 18

Un salto in banca

Il resto del pomeriggio scorre in fretta. A fine giornata l’uomo e la donna si incontrano, salutano i colleghi e ritornano all’automobile. Per strada, l’uomo si ferma davanti a una banca, scende e raggiunge lo sportello del bancomat: deve prelevare il denaro per le scarpe della moglie. Un po’ indispettito, inserisce la sua carta nell’apposito foro. La carta sparisce all’interno della macchina, inghiottita da rulli gommati che la nascondono allo sguardo e la portano in un punto dove una testina può leggere le informazioni, scritte nella banda magnetica, come i dati del titolare, la banca di appartenenza e il numero di conto corrente di riferimento. Se la banda fosse smagnetizzata, o graffiata, o comunque illeggibile, la carta sarebbe restituita al suo possessore o trattenuta. Altrimenti l’operazione continua. La banda magnetica non è molto dissimile dal nastro di una vecchia audiocassetta, o di una videocassetta vhs. È costituita da un sottile strato di particelle magnetiche a base di ferro inserite in una pellicola plastica. Le particelle hanno dimensioni microscopiche, pari a circa un millesimo di millimetro, e sono come tanti piccoli magneti che si possono orientare in direzioni diverse. Nella banda del bancomat vi sono zone in cui il campo è orientato in un verso e zone in cui è orientato nel verso opposto. Queste due possibilità corrispondono alle cifre binarie 0 e 1, per cui una sequenza di zone orientate in un modo o nell’altro è letta dalla testina come una sequenza di bit. La scrittura di queste informazione era stata effettuata in precedenza con un’apposita macchina, su indicazione della banca, e non è più cambiata: è una carta d’identità finanziaria del titolare. Le carte di credito hanno una struttura simile. Le informazioni sono scritte su tre fasce parallele larghe 3 millimetri: la prima contiene 79 caratteri alfanumerici che includono i dati del proprietario; la seconda 40 caratteri tra i quali il numero

della carta e la data di scadenza; la terza contiene 107 caratteri. La seconda fascia è di gran lunga la più importante, e molte macchine leggono solo quella. Una volta le informazioni necessarie all’operazione, la macchina fa comparire sul display la schermata che chiede il Pin. L’uomo digita cinque cifre, il sistema le riconosce e l’operazione procede. Sempre per mezzo della tastiera, l’uomo indica l’operazione che vuole effettuare, cioè il ritiro, e richiede l’erogazione di 250 euro. La macchina trasmette la richiesta attraverso una linea dedicata a una sorta di un internet provider che gestisce la connessione tra più banche. E questo inoltra la richiesta di trasferimento elettronico di denaro dalla banca dell’uomo a quella in cui avviene il prelievo. La banca controlla la disponibilità e, se non ci sono problemi, effettua un trasferimento elettronico di denaro a un deposito intermediario. A questo punto un codice di approvazione raggiunge il terminale dove l’uomo sta aspettando. Dopo aver sonnecchiato per qualche istante, la macchina comincia a sgranchirsi e sembra pronta a ripartire. L’autorizzazione è arrivata e il bancomat può elargire le banconote. Entra così in funzione il meccanismo di emissione. Il conteggio avviene per mezzo di un occhio elettronico che conta ogni biglietto e di un altro sensore che ne valuta lo spessore, per evitare che ve ne siano due (o più) sovrapposti. Se c’è un’anomalia, le banconote sospette sono messe da parte e l’erogazione procede con altri biglietti. Tutte le operazioni sono istante per istante in un rapporto, che viene stampato e conservato dalla banca. L’uomo, comunque, non ha nulla di cui lamentarsi. Ottiene la scheda e poi il denaro, esattamente nella quantità che aveva chiesto. Lo guarda un po’ perplesso, infastidito all’idea che sarà sottomesso a quelli che considera i capricci della donna. L’uomo non sa, o meglio non pensa, che quei pezzi di carta colorata che ha tra le mani sono il frutto di una semplice convenzione sociale, che valgono immensamente di più di quello che costa produrli e che, soprattutto, se la gente smettesse di usarli, perderebbero ogni valore. Fatti del genere si sono verificati spesso nella storia, per esempio in tempo di guerra, quando l’inflazione portò alcune monete a svalutarsi a tal punto che la gente non usava più le banconote, ma altre forme di scambio come le sigarette. Anche le monete, come si può immaginare, hanno una storia lunghissima. Si pensa che le prime simili a quelle attuali siano state coniate nella Lidia, una regione che oggi è in territorio turco, durante il regno di Creso, attorno al 640 a.C. Il sistema monetario si diffuse ai Greci e ai Romani, e si sviluppò indipendentemente anche in Cina. I cinesi avevano all’inizio monete a forma di

pugnali o altri utensili, che poi si modificarono nel corso dei secoli per assumere una forma sempre più tonda. In Africa, soprattutto nella zona dell’equatore, monete a forma di coltelli da lancio, asce, bracciali, gong e tanto altro sono stati largamente in uso fino a un recente ato, anche se spesso soltanto per scopi specifici o cerimoniali, come il matrimonio e l’acquisto di schiavi o bestiame. In Europa, invece, sono state usate fin dall’antichità le monete rotonde metalliche alle quali siamo tutti abituati. Ce n’erano d’oro, più pregiate e più rare, e d’argento, molto più diffuse. L’uso delle monete in Europa diminuì molto nel Medioevo e rifiorì con il Rinascimento. I cinesi, nel frattempo, dopo aver inventato la carta, un migliaio di anni fa inventarono anche le banconote. Si trattava all’inizio di biglietti di cambio, emessi da famiglie ricche che facevano da garanti. L’uso si diffuse e Marco Polo nel parlò nel Milione, rendendo nota l’innovazione in Occidente. In Europa, l’uso della cartamoneta si diffuse nei secoli successivi. Il termine stesso “banconota” deriva dall’espressione “nota di banco” e risale al XIV secolo, quando si usavano questi documenti – che poi le banche avrebbero convertito in oro – per effettuare lunghi viaggi senza portare con sé grandi quantità di denaro. A un certo punto queste ricevute cominciarono a essere regolarmente usate come merce di scambio, invece dell’oro stesso, in quanto erano più pratiche e c’era la certezza che sarebbero state rimborsate (l’uso di banconote si diffuse particolarmente in Europa all’inizio dell’Ottocento, con Napoleone). Ciò portò alla definizione del cosiddetto gold standard, in base al quale tutte le monete di una nazione potevano essere convertite in oro. Erano, cioè, coperte da una riserva di metalli preziosi, come la famosa riserva Fort Knox degli Stati Uniti. Questo standard fu molto usato a partire dall’Ottocento fino allo scoppio della Prima guerra mondiale, quando le monete furono dichiarate inconvertibili. Il gold standard fu ripristinato nel 1925, ma terminò definitivamente nel 1931. Era un sistema rigido che garantiva un cambio fisso tra le valute straniere. Aveva i suoi vantaggi in termini di stabilità, ma a un certo punto si preferì un sistema più moderno e flessibile. Oggi, insomma, non c’è niente che possa garantire il valore della moneta che circola, se non proprio il fatto che tutti le danno un certo valore. Come disse l’economista e premio Nobel Milton Friedman, “I pezzi di carta verde (i dollari, ndr) hanno valore perché tutti pensano che abbiano valore”. E anche le monete stanno diventando inutili, sostituite sempre più spesso da operazioni elettroniche.

Lo stipendio non viene pagato in contanti, di solito, ma è versato direttamente sul conto corrente. E la carta di credito e il bancomat ci consentono di comprare qualsiasi cosa, o quasi, anche se abbiamo il portafoglio vuoto. La moneta è una convenzione. Ma all’uomo dispiace sostituire gran parte di quei pezzi di carta con cui potrebbe fare tante cose con un semplice paio di scarpe. Sospira e si dirige al negozio: le donne sono fatte così.

CAPITOLO 19

Spostarsi tra le “celle”

Due fari si accendono nella notte e l’automobile comincia a muoversi nella pioggia che graffia l’oscurità, allontanandosi dal negozio. Entusiasta per l’acquisto, la donna afferra il suo telefono cellulare e compone un numero sulla tastiera per parlare con la sua amica. Non pensa che quello che ha in mano, più che un telefono, è un computer che gestisce un apparecchio radar. Il numero che compone è trasformato in impulsi digitali che si propagano nello spazio in tutte le direzioni. Sono segnali deboli, con potenza inferiore a 1 watt, vale a dire inferiore al consumo di molte delle lucine di stand by che sono ovunque nelle tv, nelle radio e in tutti gli apparecchi elettronici che ci circondano. Nonostante ciò, sono abbastanza intensi da raggiungere l’antenna di una stazione. Ce ne sono tante di stazioni come questa, sparse su tutto il territorio a distanza di pochi chilometri l’una dall’altra. E lo scopo di questa presenza capillare è proprio quello di garantire l’accesso alla rete telefonica da qualsiasi luogo (o quasi) con un apparecchio a bassa potenza, cioè un telefonino. Se le antenne fossero più lontane, ci sarebbe bisogno di potenze di emissione maggiori e dunque di telefoni più grandi, soprattutto perché ci vorrebbero batterie più grandi per farli funzionare. Gli impulsi inviati dalla donna sono composti da onde radio di natura elettrica e magnetica, come la luce. Sono recepiti dall’antenna, che subito controlla la disponibilità di traffico. Ogni antenna ha infatti a disposizione un numero limitato di frequenze per le conversazioni, dato che ogni telefonata si sintonizza su una particolare frequenza, anzi su una coppia di frequenze attorno a 900 megahertz (o un’altra frequenza di riferimento), secondo un sistema duplex simile a quello dei telefoni cordless (v. capitolo 16) che consente di parlare e ascoltare contemporaneamente. Ogni frequenza, che in realtà comprende un “fascio” di frequenze simili,

costituisce un diverso canale di comunicazione: è come se si trattasse di fili invisibili per comunicare tra l’antenna e il cellulare. Ci sono un migliaio di frequenze radio disponibili, ma ogni antenna ne può usare soltanto una cinquantina o poco più, perché è necessario evitare che telefonate diverse finiscano sulla stessa linea, e perciò antenne di celle vicine non possono avere le stesse frequenze. Anche se le frequenze disponibili sono poche, ci possono essere centinaia di persone che parlano contemporaneamente usando la stessa antenna: ciò è possibile usando forme di trasmissione digitale, che consentono di impacchettare insieme più conversazioni telefoniche, codificandole in bit (cioè impulsi elettromagnetici) e facendo viaggiare i bit su tutte le frequenze disponibili a brevi intervalli di tempo gli uni dagli altri. Si può aggirare il problema, insomma, organizzando in modo ottimale l’informazione. Mentre l’automobile si dirige verso casa, la donna aspetta che il collegamento si stabilizzi. La sua chiamata è stata inoltrata alla linea telefonica e sta seguendo un percorso analogo a quello di una telefonata normale: un computer raccoglie la richiesta e chiama il telefono corrispondente al numero digitato. L’amica risponde “Pronto”, dall’altra parte del telefono, e la sua voce fa tutto il percorso in senso contrario, viaggia attraverso la linea telefonica, è trasformata in impulsi digitali e mischiata insieme a tutte le altre telefonate nelle frequenze disponibili, fino a giungere all’apparecchio della donna, essere decifrata fra le tante voci e trasformarsi in suono. L’automobile esce da una cella della rete cellulare ed entra nella sfera d’azione di un’altra antenna. Nelle due celle ci sono frequenze di comunicazione diverse, quindi il telefono si deve adattare a questo cambiamento. Il aggio avviene però in modo tale da risultare impercettibile per le persone che parlano. Per certi aspetti, questa situazione è paragonabile a quando si viaggia in autostrada ascoltando la radio e si nota che le frequenze della radio cambiano da zona a zona, secondo la copertura delle antenne. Con i cellulari questi cambiamenti avvengono più spesso e sono gestiti automaticamente, senza alcun disturbo per la conversazione. La donna continua a parlare e la sua voce genera, attraverso il telefonino, una cascata di onde, un flusso continuo, un rincorrersi di sfere che si allargano come bolle di sapone e si disperdono nell’aria fino a raggiungere l’antenna del

ripetitore ed eccitarla elettricamente, cioè a produrre correnti oscillanti che finiscono poi nella rete telefonica e proseguono così il loro viaggio. Le onde acustiche della donna, che sono onde fisiche, oscillazioni della pressione dell’aria che si espandono alla velocità del suono, si trasformano così in onde elettromagnetiche. Queste ultime sono più astratte e consistono in oscillazioni di campi elettrici e magnetici indissolubilmente legati tra loro secondo le leggi di Maxwell, le quali affermano che ogni campo elettrico che cambia nel tempo genera un campo magnetico e ogni campo magnetico che cambia nel tempo genera un campo elettrico. La velocità di propagazione di tutte le onde elettromagnetiche nel vuoto è sempre la stessa, secondo le equazioni di Maxwell, qualunque sia la forma dell’onda e qualunque sia la sua frequenza. Sia che si tratti di microonde, sia che si tratti di luce. Sia che si tratti di raggi X, sia che si tratti di infrarossi. Sia che si tratti di ultravioletti, sia che si tratti di onde radio. Raccontata così può sembrare un miracolo. E in effetti lo è: è un fenomeno talmente importante da rivoluzionare le concezioni comuni di spazio e di tempo. Il primo a farci caso, all’inizio del Novecento, fu infatti un giovane impiegato di un ufficio brevetti svizzero, Albert Einstein, che fece il seguente ragionamento. Immaginiamo di sparare un proiettile. Il proiettile avrà una certa velocità, per esempio 300 km/h, rispetto al suolo. Immaginiamo ora di salire su un treno che si muove a 50 km/h e di sparare un proiettile con la stessa pistola nella direzione di movimento del treno: il proiettile si muoverà rispetto al suolo di 350 km/h. Fin qui tutto bene. Immaginiamo, però, di sparare un lampo di luce invece di un proiettile. Il lampo di luce si muove a velocità elevatissima, ma non infinita. Infatti, si muove alla velocità della luce, cioè a 300 mila km al secondo. Se sparassimo un raggio luminoso da terra, o da un treno in corsa, allora, secondo le equazioni di Maxwell nulla cambierebbe: a differenza del caso del proiettile, la velocità della luce non si sommerebbe a quella del treno. La velocità della luce rispetto al suolo, o rispetto al treno, sarebbe sempre la stessa, una costante assoluta: 300 mila km al secondo. Queste situazioni strane per il senso comune non si notano mai nella nostra vita quotidiana, perché la velocità della luce è troppo elevata. Ma Einstein capì che se fossero state vere come suggerivano le equazioni di Maxwell allora i concetti di spazio e di tempo dovevano modificarsi rispetto al senso comune per velocità paragonabili alla velocità della luce. Uno storico esperimento condotto nel 1887 dagli scienziati statunitensi Albert Michelson ed Edward Morley confermò che la velocità della luce è una costante assoluta come dicevano le equazioni di

Maxwell, e questo fatto sperimentale servì come base alla sua teoria della relatività ristretta che rivoluzionò i concetti di spazio, di tempo e di energia. Mentre l’automobile si muove, guidata dall’uomo verso casa, dunque, le onde che escono dal telefonino della donna si propagano nell’aria alla velocità della luce, esattamente come quelle dell’altra donna che sta parlando anch’essa, mentre cammina sul marciapiede. Le onde viaggiano insieme, alla stessa identica velocità, e non interferiscono anche se si sovrappongono, perché hanno frequenze un po’ diverse: i campi elettrici e magnetici di una oscillano un po’ più rapidamente di quelli dell’altra. L’antenna posta a 600 metri di distanza sa cogliere la differenza e incanalare ogni frequenza e ogni conversazione nel suo proprio canale di comunicazione, proprio come due telefonate diverse che avvengano contemporaneamente su due telefoni distinti. A questo punto l’uomo non ne può più. Allunga la mano e accende la radio. Una voce gracchiante e a volume troppo alto invade l’abitacolo. La donna gesticola infastidita, l’uomo si affretta ad abbassare il volume. E cerca una nuova stazione.

CAPITOLO 20

Che cosa fanno alla radio?

Il comando di ricerca automatico va a caccia della stazione più vicina, in termine di frequenze. Un compito che con le vecchie radio si eseguiva a mano, con la manopola, ma che comunque si basa sullo stesso principio: modificare la configurazione di un circuito che filtra una frequenza ben precisa tra tutte quelle che si trovano nell’etere. All’antenna arrivano infatti tutti i messaggi elettromagnetici di tutte le radio e, in linea di principio anche delle televisioni e dei cellulari. Arrivano anche, ma estremamente attutite, le onde elettromagnetiche generate a fiotti nelle profondità cosmiche da stelle che esplodono, da immensi getti di materia, da dischi di gas divorati da buchi neri. La radio elimina tutte le frequenze indesiderate e si concentra su una sola, su un solo canale. Una volta filtrato ed entrato nei circuiti, il segnale captato è poi amplificato e inviato agli altoparlanti. Ogni singolo canale ha la sua specifica frequenza di trasmissione, e i vari canali sono inclusi all’interno di determinate fasce di frequenze stabilite per legge, in base a motivi puramente convenzionali. Le stazioni radio am, per esempio, hanno frequenze comprese tra 530 chilohertz e 1,7 megahertz, mentre le stazioni fm spaziano tra 87 megahertz e 108 megahertz. Oltre alle radio, ci sono anche le televisioni, con frequenze superiori, e poi cellulari, cordless, cancelli automatici e così via. Questa suddivisione serve per evitare interferenze tra i vari apparecchi, per evitare cioè che una nostra chiamata con il cellulare possa aprire il cancello della casa di fronte alla quale stiamo ando, o per prevenire che una trasmissione radio disturbi la nostra ricezione di un canale televisivo. Le onde elettromagnetiche a diverse frequenze, infatti, si muovono nell’aria senza mischiarsi tra di loro, e per ogni applicazione basta filtrare la frequenza giusta per trovare il segnale desiderato. Ogni canale radio, così come ogni canale televisivo, corrisponde dunque a una frequenza specifica. Una frequenza pura, però, corrisponde a un’onda che si

ripete sempre uguale a sé stessa, all’infinito, come un fischio puro o un puro colore. Non può trasmettere voci, suoni, immagini, dati. Le stazioni radio non trasmettono perciò segnali di questo tipo, ma usano una certa frequenza come un punto di riferimento, un o, per inviare i loro programmi. Per trasmettere i contenuti si usano tre tecniche: la modulazione a impulsi, la modulazione di ampiezza (am) e la modulazione di frequenza (fm). La prima è la meno usata e consiste nell’inviare la frequenza di riferimento e interromperla o riaccenderla all’improvviso, creando così una serie di impulsi che si possono usare, per esempio, come un codice Morse. La modulazione di ampiezza, invece è usata da alcune emittenti radio e per il segnale video della tv, e consiste nell’inviare la frequenza di riferimento e sovrapporre a questa la frequenza della voce o di altri segnali che si vogliono trasmettere. In pratica, è come emettere una vocale con la bocca aperta, per esempio una “a”, e usare una mano per aprire e chiudere la bocca: il suono costante della “a” corrisponde alla frequenza di trasmissione, mentre il movimento della mano crea una modulazione di ampiezza. C’è, infine, la tecnica della modulazione di frequenza. In questo caso si trasmettono i messaggi tramite piccole variazioni della frequenza dell’onda di riferimento, con il vantaggio che in questo modo il segnale risulta molto più stabile rispetto ai disturbi elettromagnetici esterni. Riprendendo l’esempio della bocca, in questo caso è come pronunciare una “a” con continuità e aprire e stringere la bocca. Con la bocca un po’ più chiusa si pronuncia una frequenza un po’ diversa, più simile a una “e”, e questi cambiamenti si possono usare per trasmettere messaggi. La tecnica della modulazione di frequenza è particolarmente utile per ridurre il rumore di fondo e le interferenze tra emittenti. La inventò l’ingegnere statunitense Edwin Armstrong, che la brevettò nel 1933, segnando così anche la sua personale rovina: dopo molte battaglie legali contro i colossi delle telecomunicazioni Rca e At&t, si ridusse sul lastrico e si suicidò nel 1954. L’invenzione della radio, invece, è stato possibile grazie agli studi dell’italiano Guglielmo Marconi, che a sua volta proseguì il lavoro del fisico tedesco Heinrich Rudolph Hertz e di tanti altri. Già nel 1831, il fisico britannico Michael Faraday aveva scoperto il “principio di induzione elettromagnetica”, lo stesso responsabile anche del funzionamento delle centrali elettriche. In pratica aveva scoperto che le correnti hanno proprietà che potremmo definire telepatiche: una corrente che scorre in un circuito può indurne un’altra in un circuito vicino. Nel

1886, Hertz scoprì che con lo stesso principio si poteva trasmettere energia anche a un altro circuito lontano, grazie alle onde elettromagnetiche. E nel 1895, nella sua villa di Pontecchio vicino Bologna, con lo stesso principio Marconi riuscì a inviare per la prima volta segnali elettromagnetici a un chilometro e mezzo di distanza, ponendo le basi per lo sviluppo della radio. Marconi offrì la sua invenzione al Ministero italiano delle poste e dei telegrafi, ma senza successo. Come era già accaduto ad Alessandro Volta, trovò maggior fortuna all’estero. Fu accolto in Gran Bretagna e, nel dicembre del 1901, realizzò la storica trasmissione di un segnale intercontinentale tra una stazione in Cornovaglia e una nell’isola di Terranova, in Canada, a 3.400 km di distanza: furono tre semplici impulsi, corrispondenti alla lettera S dell’alfabeto Morse. Marconi ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1909, a soli 35 anni. Dopo di lui, il mondo non è stato più lo stesso: è cambiato sopratutto lo spazio aereo, che si è riempito di onde elettromagnetiche di tutte le frequenze, messaggere di informazioni di ogni genere: radio, tv, telefoniche, militari. Onde di tutte le frequenze, invisibili agli occhi, ma presenti e osservabili con i giusti strumenti di ricezione. L’automobile con i nostri protagonisti si muove anch’essa tra un mare di onde. Le attraversa, le frange, e le onde si lasciano attraversare per ricomporsi dietro la vettura, come cavalloni che attraversano un ostacolo piantato nel mare. Poi, a un certo punto, l’auto rallenta, affianca, si apre. La coppia scende e attraversa il mare di onde, con tutte le loro frequenze, per rientrare nella sua tana, l’appartamento.

CAPITOLO 21

Oltre la lampadina

L’uomo infila la chiave nella serratura. La chiave entra nella guida, facendo scorrere sotto di lei, con il suo profilo spezzato, cinque bastoncini metallici verticali allineati uno dietro l’altro. I bastoncini hanno tutti altezze diverse. La chiave è ora ferma nella sua posizione. È inserita in un blocco metallico cilindrico e orizzontale, costruito per ruotare nella guida metallica in cui si trova se non fosse per i bastoncini che lo attraversano e che lo bloccano quando la chiave non è inserita. Ora, però, la chiave è inserita e i bastoncini si dispongono appoggiandosi al suo profilo a zig zag, spinti verso l’alto da altrettante molle che si trovano sotto di loro. Le loro superfici superiori si trovano su altezze diverse, a contatto con la chiave; le superfici inferiori, invece, grazie alla chiave sono tutte allineate con la superficie del cilindro orizzontale. Sono perciò liberi di ruotare. Sotto di loro, altri bastoncini sono solidali alla guida metallica fissa e sono a diretto contatto con le molle che spingono verso l’alto. L’uomo gira la mano e il blocco metallico si muove nella sua guida circolare. I bastoncini superiori, solidali al cilindro, girano anch’essi e si separano dai bastoncini inferiori, attaccati alle molle solidali alla guida. Il meccanismo si muove e la porta si apre. La coppia entra in casa e l’uomo ripete l’operazione in senso inverso. Gira la chiave, un’asta metallica si sposta per uscire dall’anta ed entrare nel muro, bloccando la porta. Quando la chiave torna in posizione, i bastoncini solidali con la serratura e quelli solidali con il cilindro si ritrovano allineati. L’uomo estrae la chiave. Le molle spingono le coppie di bastoncini verso l’alto e i bastoncini bloccano il cilindro metallico: la porta è nuovamente chiusa. Nel frattempo la donna ha premuto l’interruttore della luce. L’ondata di fotoni blu, rossi, infrarossi esce a fiotti dalla lampadina a risparmio energetico e

rimbalza sulle pareti, sui pavimenti, su tutti gli oggetti e sui nostri protagonisti. Lo specchio all’ingresso riflette i fotoni in direzioni ben precise, secondo le leggi dell’ottica geometrica: l’angolo di riflessione è uguale all’angolo d’incidenza. Gli altri oggetti assorbono ed emettono fotoni, oppure li riflettono in tutte le direzioni. Le pareti bianche li diffondono ovunque, gli oggetti rossi assorbono la luce di tutti i colori e riflettono, o riemettono, quella rossa. L’uomo si muove in quest’ondata di radiazione visibile e invisibile, raggiunge una porta, l’apre, accende un interruttore e si dirige alla scrivania. La luce della lampada alogena che ha appena inonda la stanza. È una lampada simile a quella normale a incandescenza, e infatti c’è al suo interno un filamento di tungsteno incandescente. Solo che invece di essere avvolta da un bulbo in vetro, è inglobata in un cristallo di quarzo che contiene alogeni, vale a dire gas reattivi come cloro, fluoro, bromo e iodio. Per capirne il motivo, bisogna tornare alle vecchie lampadine a incandescenza ormai in disuso, nelle quali il filo di tungsteno “evapora” per il calore al quale è sottoposto. È un processo lento, impercettibile, ma fa scurire la lampadina e, dopo al massimo un migliaio di ore di funzionamento, la fa fulminare: il filo metallico si rompe in un punto in cui l’evaporazione è avvenuta più velocemente che altrove. All’inizio questo problema era maggiore, perché le lampadine erano costruite sotto vuoto: l’evaporazione del tungsteno era rapida e presto si è preferito riempire l’ampolla di vetro con gas inerti come azoto o argon, che – facendo aumentare la pressione – rallentavano il processo. La soluzione migliore sono però le lampade alogene, nelle quali gli elementi gassosi si combinano chimicamente con gli atomi di tungsteno evaporati e li riportano sul filo, prolungandone la vita. Queste lampade sono anche più calde. E quindi, in base alle leggi dei corpi incandescenti che regolano pure il funzionamento dei tostapane, producono più luce in proporzione al calore che emettono. Sono più efficienti, insomma, anche se non tanto quanto le lampade a neon delle insegne, che illuminano le strade visibili dalla finestra. Queste ultimo sono infatti costituite da un tubo di vetro rivestito all’interno da fosfori e pieno di gas neon rarefatto. Quando sono accese, una corrente percorre il gas: dagli atomi di neon si staccano elettroni che vanno a colpire la superficie della lampada. Qui incontrano i fosfori e li rendono luminescenti. Le luci al neon sono più efficienti perché convertono meglio l’energia elettrica in luce, senza disperderla troppo in raggi infrarossi e calore come fanno le lampadine normali. Ciò avviene perché queste lampade non hanno componenti che si surriscaldano come i fili metallici – per questo sono chiamate anche “luci fredde” – ma concentrano le loro emissioni soprattutto nelle frequenze visibili.

Furono inventate nel 1909 dallo scienziato se Georges Claude e il loro principio di funzionamento è simile a quello delle lampade fluorescenti come quella che la donna sta accendendo in cucina. Queste ultime sono anch’esse costituite da un tubo o un bulbo di vetro rivestito di fosfori, ma contengono un gas inerte come l’argon invece del neon. Contengono anche atomi rilasciati da una goccia di mercurio nascosta nel tubo. E sono questi ultimi che, sotto l’azione della corrente, emettono raggi ultravioletti che vanno a colpire i fosfori deposti sul vetro, rendendoli luminosi. Oggi le lampade fluorescenti, a basso consumo, sono molto diffuse, mentre quelle a incandescenza sono quasi del tutto sparite, per lo meno nei Paesi occidentali. E in futuro potrebbero arrivare in massa i polimeri luminosi, che già sono sul mercato e permettono la fabbricazione di schermi sottilissimi e flessibili. Già oggi si usano come lampade, in futuro potrebbero riempire intere pareti e aprire le porte a sistemi totalmente nuovi di illuminazione. Ignara di questi sviluppi, la donna trova la luce fluorescente molto “fredda” e vorrebbe cambiarla. L’uomo, però, l’ha scelta proprio perché è circa quattro volte più efficiente di una lampadina normale e dura una decina di volte di più. All’uomo interessa la bolletta, la donna condivide il principio del risparmio energetico. Ma per quel che riguarda la qualità dell’illuminazione, concordano entrambi, la vecchia lampadina a incandescenza non ha rivali.

CAPITOLO 22

Lavatrici, uragani e lavandini

Prima di cena bisogna rimettere un po’ in sesto la casa. La donna raccoglie la biancheria sporca e la mette nella lavatrice, una macchina che esiste già da molto tempo, ma che si è raffinata e automatizzata con gli anni. Per secoli, per millenni, le donne hanno lavato i panni strofinandoli con acqua e sapone su lavelli di pietra o legno. Anzi, il sapone costava troppo e spesso si usava il ranno o altri sistemi. Il bucato era il più pesante dei lavori domestici e richiedeva grandi quantità d’acqua (oltretutto non sempre disponibili in casa propria), fatica, tempo e l’uso di sostanze che danneggiavano la pelle. La donna che prepara in fretta la lavatrice non pensa a quanto questa macchina le semplifichi la vita. Questo elettrodomestico è frutto di un’evoluzione relativamente lunga. I primissimi modelli risalgono infatti a ben prima dello sviluppo dell’elettricità. Già nel 1677, il fisico inglese Robert Hooke scrisse di un sistema ideato dal baronetto Sir John Hoskins, un cestello nel quale inserire i panni insaponati e da far girare con una manovella mentre l’acqua scorre per lavarli. Nel 1846, fu brevettato negli Stati Uniti un sistema per strofinare i vestiti su due superfici curve scanalate, come quelle usate dalle lavandaie. Attorno al 1900 nacquero le prime lavatrici a motore elettrico, ma fu negli anni Cinquanta che questo strumento subì l’evoluzione definitiva che la portò a essere essenzialmente così com’è ancora oggi e a conquistare tutte le case. Nel 1957, per esempio, la società statunitense General Electric introdusse nel mercato un apparecchio con 5 pulsanti per controllare parametri come la temperatura del lavaggio, la temperatura di risciacquo, la velocità di agitazione e la velocità di rotazione. Funzioni che oggi sono regolate elettronicamente, ma che sono sostanzialmente rimaste invariate dal punto di vista meccanico e sono, di fatto, un piccolo gioiello di meccanica. Una moderna lavatrice è costituita principalmente da un motore elettrico, una

pompa e un sistema sofisticato di marce, oltre al cestello metallico nel quale si inserisce il bucato. Il motore elettrico serve a far funzionare tutto il resto, mentre la pompa ha una duplice funzione: effettuare il ricircolo dell’acqua all’interno di un ciclo di lavaggio o aspirarla e farla pervenire al tubo di scarico. Queste funzioni sono ben distinte, ovviamente, ma il bello è che sono svolte dallo stesso congegno, una speciale turbina che può girare in due sensi opposti. Se la turbina gira in un senso, l’acqua è raccolta dalla parte inferiore del cilindro ed è convogliata nella parte superiore, da dove rientra. In questo modo, la si può riutilizzare nelle fasi centrali del lavaggio. Se invece la pompa gira in senso opposto, l’acqua è aspirata sempre dalla parte inferiore ed è espulsa definitivamente dallo scarico. Anche il sistema di marce, per certi aspetti simile al cambio delle automobili, funziona con un espediente simile. Se la rotazione avviene in un senso, il movimento è lento e sussultorio, in modo da fornire le scosse necessarie al lavaggio. Se invece si svolge in senso inverso, allora il movimento è rapido e direttamente collegato al motore, consentendo per esempio le operazioni di centrifuga. Per funzionare adeguatamene, la lavatrice ha bisogno di un sistema di sospensioni e contrappesi, altrimenti si muoverebbe pericolosamente e risentirebbe dei movimenti meccanici che essa stessa produce. All’interno della scatola metallica, quindi, c’è un blocco di cemento per equilibrare il peso del motore e dare stabilità alla macchina: è per questo che le lavastoviglie pesano così tanto. C’è anche un sistema di sospensioni in modo da sganciare il movimento del tamburo centrale dalla scatola esterna. Anche il sistema di cambio che connette il motore al tamburo è costituito da elementi flessibili che attutiscono le vibrazioni, a differenza del cambio nelle automobili che è interamente composto da elementi rigidi. La donna seleziona il tipo di lavaggio con il menù elettronico. Stabilisce la temperatura, la durata e la velocità di rotazione della centrifuga. Poiché non sta lavando indumenti delicati, seleziona la centrifuga a mille giri al minuto. Umidi e intrappolati nella rotazione, dunque, subito dopo il lavaggio i panni saranno “spinti” contro le pareti dalla forza centrifuga e si asciugheranno parzialmente perché l’acqua schizzerà all’esterno attraverso i fori del tamburo. La forza centrifuga è una forza definita come “fittizia”, perché appare soltanto in

un sistema in rotazione. Per la donna che guarda la lavatrice girare, infatti, la forza centrifuga non c’è. C’è l’attrito che spinge i panni ad aderire alle pareti rotanti, c’è l’inerzia che spinge l’acqua intrappolata nei panni umidi a staccarsi e uscire dai fori del tamburo e c’è la forza esercitata dalle pareti del tamburo sui panni (quest’ultima è diretta verso il centro di rotazione ed è perciò definita “centripeta”). Dal punto di vista dei panni umidi, invece, la forza centrifuga c’è eccome, ed è quella che li spinge contro le pareti del tamburo. Il sistema di riferimento dei panni umidi è però un sistema “non inerziale” (i sistemi inerziali sono tutti quelli che si possono definire “in quiete” o in moto rettilineo uniforme l’uno rispetto all’altro). Se andiamo al luna park e facciamo un giro su una giostra che ruota vorticosamente e ci spinge contro le pareti, allora possiamo parlare di forza centrifuga. Ma se rimaniamo a terra a guardare i nostri amici girare, allora il discorso cambia: la forza centrifuga non c’è più. Il punto di vista dei panni umidi nella centrifuga, o quello delle persone sulla giostra, è comunque un punto di vista interessante. Le leggi della fisica devono valere anche per questi sistemi non inerziali, sebbene in modo un po’ diverso, e devono includere forze fittizie come la forza centrifuga. Lo aveva capito anche Einstein. Lo scienziato aveva scritto la teoria della relatività ristretta nel 1905, e già questo era un traguardo che l’avrebbe consegnato alla storia. La relatività ristretta, però, valeva soltanto per i sistemi di riferimento in quiete o in moto relativo uniforme, cioè che si muovono a velocità costante l’uno rispetto all’altro come un treno o un aeroplano a velocità di crociera. Non si applica ai sistemi di riferimento accelerato, come un aeroplano che decolla o un’automobile in curva. Einstein cercava però una formulazione il più generale possibile delle leggi fisiche, valido anche sulle giostre e nelle lavatrici, e la trovò nel 1915, anno di pubblicazione della sua teoria della relatività generale. Fu questo il punto più alto della sua fenomenale carriera, con il quale arrivò a dimostrare che la materia deforma lo spazio-tempo e che la gravità è una manifestazione di questa deformazione, come abbiamo accennato all’inizio di questo libro. Per arrivare a questo risultato, Einstein partì dal presupposto che la forza di gravità fosse equivalente alle forze fittizie come la forza centrifuga. Se fossimo chiusi in una stanza senza finestre e avvertissimo una forza che ci spinge verso il basso, per esempio, non sapremmo distinguere tra due possibilità, quella di trovarci fermi in un campo gravitazionale e quella di essere invece all’interno di un’astronave che sta accelerando. Una conseguenza di questo principio è che la forza centrifuga si può usare per

simulare la gravità nello spazio, come nel film 2001 Odissea nello spazio, dove un ambiente terrestre artificiale è creato all’interno di un’astronave a forma di ruota che gira: in linea di principio quell’idea resta valida per offrire agli astronauti, nel futuro, una fonte di gravità artificiale in vista di lunghi viaggi interstellari. In un sistema in moto circolare uniforme come il modulo dell’astronave, comunque, la forza centrifuga non è l’unica forza fittizia. Ce n’è anche un’altra, la forza di Coriolis, dal nome del matematico e ingegnere se GustaveGaspard Coriolis che la studiò nel 1835. Ed è la forza che fa girare gli uragani in senso antiorario nell’emisfero settentrionale della Terra e in senso orario in quello meridionale. Questa forza agisce sugli oggetti che si muovono in direzione radiale, vale a dire verso il centro o in direzione opposta, e agisce di traverso rispetto al movimento; su una giostra che si muove in senso orario, per esempio, la forza di Coriolis fa girare gli oggetti verso sinistra. Anche in questo caso, come per la forza centrifuga, per chi guardasse la scena dall’esterno, la forza di Coriolis non esisterebbe affatto e gli oggetti si muoverebbero in linea retta. Oltre che sulle giostre, la forza di Coriolis si manifesta anche sulla Terra, che è un sistema in rotazione e compie un giro completo ogni 24 ore attorno all’asse che a per i poli. Poiché la rotazione è lenta, le forze fittizie sono deboli. Ma ci sono. La forza centrifuga, per esempio, rende il nostro pianeta leggermente più largo all’equatore che ai poli, e lo stesso discorso vale per l’atmosfera, che all’equatore è più spessa. La forza di Coriolis, invece, si manifesta quando nascono gli uragani, giganteschi vortici che si formano nelle zone tropicali quando una grande massa d’aria confluisce verso un punto di bassa pressione. A causa di questa forza, il flusso d’aria che si muove verso il centro è deflesso verso destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra in quello meridionale. Si crea così un immenso vortice che ruota in senso antiorario nell’emisfero nord e in senso orario in quello sud. La forza di Coriolis può influenzare anche il percorso dei missili a lunga gittata e quello degli stessi uragani. Gli uragani che nascono nell’Oceano Atlantico e si dirigono verso l’America, infatti, sono spinti verso nord e poi verso est da questa forza fittizia. Che le cose stiano veramente in questo modo lo dimostra un celebre esperimento: il pendolo di Foucault, chiamato così perché fu effettuato per la

prima volta dal fisico se Léon Foucault. Era il marzo 1851, e lo scienziato si servì di un pendolo lungo 67 metri e pesante 28 kg appeso nel Panthéon di Parigi e fatto dondolare con un’ampiezza di oscillazione di 6 metri. L’esperimento dimostrò che il piano di oscillazione del pendolo, invece di essere fisso nello spazio, ruotava lentamente nel tempo. Perché? Se la Terra non ruotasse attorno al proprio asse, il pendolo oscillerebbe sempre nello stesso piano. Ma un pendolo che oscilla è soggetto alla forza di Coriolis che lo spinge nella direzione trasversale al movimento: il piano di oscillazione, perciò, ruota. Talvolta si sente dire che anche i vortici che si formano nei lavandini sarebbero soggetti alla forza di Coriolis e, come gli uragani, girerebbero in senso antiorario nell’emisfero settentrionale e in senso orario in quello meridionale. In Africa ci sono perfino zone vicino all’equatore dove si fa vedere ai turisti l’acqua che defluisce da un contenitore: il vortice che si forma dimostrerebbe che ci si trova in un emisfero o nell’altro. In entrambi i casi si tratta di ragionamenti sbagliati, perché la forza di Coriolis è del tutto trascurabile in quelle situazioni. All’equatore, oltretutto, questa forza fittizia è nulla, come dimostrano gli esperimenti con il pendolo di Foucault. Ma anche alle altre latitudini la forza di Coriolis è, in casi simili, irrilevante. Il senso di rotazione di un vortice d’acqua è determinato da altri fattori, come la forma del contenitore o la spinta del vento. Dal punto di vista della forza di Coriolis, dunque, che differenza c’è tra un uragano e un vortice d’acqua? La risposta è che un uragano si forma su un’area larga anche centinaia di chilometri: i venti che confluiscono verso il centro si spostano a velocità elevata e percorrono lunghe distanze, la forza di Coriolis è dunque abbastanza intensa (e agisce abbastanza a lungo) per deviare la traiettoria del flusso d’aria e avviare la formazione del vortice. Nel caso dei lavandini, invece, l’acqua che esce è lenta e percorre un tragitto molto breve. In un lavandino largo 30 centimetri che si svuota, la forza di Coriolis è circa 10 milioni di volte inferiore alla forza di gravità. Troppo poco per produrre alcun effetto visibile. Nonostante ciò, negli anni ’60 del Novecento, il fisico Ascher Shapiro del Mit (Massachusetts Institute of Technology), negli Usa, ha condotto un esperimento in condizioni estremamente controllate e ha osservato questo debole fenomeno. Per raggiungere il suo scopo ha usato uno speciale lavandino, largo un paio di metri e profondo 15 centimetri, con un foro di uscita largo 9 millimetri. Il

lavandino veniva riempito d’acqua e lasciato a riposo per 24 ore, per evitare movimenti di rotazione generati nella fase di riempimento. A quel punto si apriva il foro e l’acqua ci metteva 20 minuti per uscire. Per il primo quarto d’ora, la fuoriuscita avveniva in assenza di qualsiasi rotazione. Poi cominciava una lievissima rotazione in senso antiorario che aumentava gradualmente fino a raggiungere il valore di un giro completo ogni 4 secondi circa: era la forza di Coriolis in azione. La donna finisce di lavare una camicia a mano e getta l’acqua del secchio nel lavandino. Vede un vortice che si forma e non avrebbe idea del perché gira in un senso piuttosto che in un altro, ma non ci pensa troppo su. Deve andare a cucinare.

CAPITOLO 23

L’aspirapolvere e Maradona

Mentre la donna afferra le pentole, l’uomo è alle prese con un aspirapolvere per pulire la moquette dello studio. Non sopporta che si riempia di acari e polvere, e cerca di tenerla pulita il più possibile. Non sa che la guerra contro gli acari è persa in partenza, perché gran parte di questi animaletti non si lasciano certo schiodare da un aspirapolvere, ma non rinuncia alla sua operazione quotidiana. L’aspirapolvere domestico fu inventato nel 1901 dal costruttore di ruote panoramiche inglese Hubert Booth. Prima esistevano macchine elettriche enormi che aspiravano la polvere con un tubo e la espellevano da un’altra parte. Booth ebbe l’idea di apporre un filtro all’uscita del flusso d’aria, per intrappolare la polvere e consentire di rimuoverla una volta spento l’apparecchio. A volte le grandi idee nascono da piccole intuizioni, come in questo caso, e magari per l’inventore è sufficiente essere la persona giusta al momento giusto. In ogni caso l’idea di Booth fu vincente, anche se il suo strumento era ancora troppo ingombrante. La versione domestica fu inventata nel 1908 dallo statunitense Murray Spangler, che poi si mise in società con il cugino William per creare la celebre industria che prende il nome dal cognome di quest’ultimo: Hoover. Il principio dell’aspirapolvere non è cambiato molto. Oggi si usa una turbina azionata da un motore elettrico, che risucchia l’aria da un lato, creando una zona di bassa pressione, e la rigetta nell’altro. Quando l’apparecchio a sul pavimento, le sue spazzole agitano la polvere, che si stacca ed è poi trascinata insieme all’aria nel sacchetto dove rimane intrappolata. L’efficacia di un aspirapolvere dipende da più fattori: dalla potenza del motore, ovviamente, ma anche dalla forma della turbina e dalla larghezza del tubo aspirante. Un’apertura stretta ha un risucchio maggiore e ciò le consente di asportare particelle più grandi. La relazione tra l’ampiezza dell’apertura e il flusso d’aria entrante è regolata da

un importante principio della fluidodinamica che prende il nome dal fisico se Daniel Bernoulli: la pressione di un fluido – liquido o gas che sia – diminuisce all’aumentare della sua velocità. La fluidodinamica è una scienza poco conosciuta da gran parte delle persone, e anche il nome può incutere timore. Ma è una scienza importante, che spiega come funzionano aspirapolvere e aeroplani, o come progettare tubature e acquedotti, o come cambia la traiettoria di un pallone di calcio o di una pallina da tennis quando un giocatore imprime un “effetto”. Il principio di Bernoulli è la conseguenza un altro principio, più generale, quello di conservazione dell’energia: se l’aria che si muove in un tubo accelera a causa di un restringimento, la sua pressione deve diminuire, altrimenti si avrebbe un guadagno netto di energia. Nel caso dell’aspirapolvere, il principio di Bernoulli trova applicazione diretta nelle varie forme che ha l’imboccatura del tubo di aspirazione. Un’imboccatura più larga aspira su una superficie maggiore, ma con meno forza. Le stesse considerazioni valgono per i flussi d’acqua nelle tubature, nelle dighe e nelle chiuse. E il principio di Bernoulli è usato spesso, sebbene in maniera imprecisa, anche per spiegare come volano gli aeroplani. La forza che fa volare gli aerei si chiama “portanza” e si sviluppa nelle ali. È dovuta al fatto che, a causa del movimento rispetto all’aria, nella superficie inferiore dell’ala si sviluppa una pressione maggiore di quella che si sviluppa nella parte superiore. Se le due pressioni fossero uguali, come avviene quando l’aereo è fermo, non ci sarebbe alcuna forza verticale e l’aereo non potrebbe volare. Ma come nasce questa differenza di pressione? Una spiegazione piuttosto diffusa è che il flusso d’aria che raggiunge le ali quando l’aereo è in movimento si sdoppia: una parte segue il profilo superiore e una quello inferiore. Quando i due flussi si incontrano, dietro l’ala, hanno seguito due percorsi diversi. Il flusso superiore ha seguito un percorso più lungo di quello inferiore. E quindi, per il principio di Bernoulli, doveva trovarsi a una pressione inferiore. In fluidodinamica, però, le cose non sono mai semplici. E molti scienziati criticano questa interpretazione, perché sostengono che non è vero che i flussi d’aria che lambiscono la parte superiore e inferiore dell’ala si incontrano sul retro. Per questo sarebbe meglio dire che la spinta verticale che gli aerei ricevono sia dovuta al fatto che le ali, con il loro profilo inferiore, spingono verso il basso il flusso d’aria in arrivo, ricavando così, per la terza legge della dinamica di Newton (la famosa legge di azione e reazione, quella che spiega il fenomeno del rinculo), una spinta uguale e opposta verso l’alto. Ma anche questa spiegazione è eccessivamente semplificata.

Non esiste una soluzione semplice a questa controversia, ma una cosa è certa: gli aerei volano e gli ingegneri sanno benissimo come progettarli. Si possono fare simulazioni attendibili dei flussi d’aria attorno al profilo d’ala e si possono così studiare tutte le caratteristiche importanti per il volo e la progettazione. Se non si riesce a fornire una spiegazione semplice è perché talvolta una spiegazione semplice non c’è. Ma questo non vuol dire che gli scienziati e gli ingegneri non sappiano quello che fanno. Il principio di Bernoulli si può applicare in maniera semplificata anche all’“effetto” che tennisti e calciatori sanno talvolta imprimere alla palla. Maradona era un maestro in tale arte, e spesso riusciva a pennellare traiettorie in grado di sorprendere i migliori portieri. Tecnicamente, la forza trasversale che fa deviare la traiettoria delle palle rotanti come quelle che inventava Maradona si chiama forza di Magnus, dal nome del fisico tedesco Heinrich Magnus, che la scoprì nel 1853. La sua spiegazione più semplice e schematica si basa sul principio di Bernoulli. Una palla rotante trascina l’aria attorno a sé per attrito e crea così un vortice. Poiché la palla rotante si muove anche in una direzione ben precisa, c’è una zona in cui il movimento del vortice si somma al movimento della palla. Dalla parte opposta, invece, avviene il contrario, e i due movimenti si sottraggono. Per la legge di Bernoulli, la pressione è minore dove la velocità dell’aria è maggiore, e questa differenza di pressione crea una spinta che fa deviare la traiettoria della palla.

CAPITOLO 24

Dai cibi in scatola al vuoto cosmico

Il tempo a in fretta, scandito dalle lancette degli orologi da polso, dalle vibrazioni dell’orologio al quarzo, dagli invisibili segnali che il cellulare scambia con la rete di ripetitori per segnalare la sua presenza. Il tempo a ed è ora di cena. L’uomo e la donna sono nuovamente seduti l’uno di fronte all’altra, sotto la pioggia di luce irraggiata da una lampadina. Hanno davanti a sé un piatto di plastica ciascuno, i bicchieri, le posate. E il cibo. Le posate non sono più quelle di una volta, frutto di secoli di evoluzione, per non parlare dei bicchieri, dei piatti di plastica... e perfino del cibo. Sono cambiate infatti molte cose negli alimenti che consumiamo, a cominciare dalle tecniche di conservazione. L’uomo e la donna fanno infatti regolarmente uso di cibi in scatola, liofilizzati, salati, raffreddati artificialmente, congelati, pastorizzati. Una valanga di tecnologia, anche se nascosta, invisibile, talvolta con radici antiche nella cultura dei nostri antenati, ma sempre con un unico scopo dichiarato: la guerra ai batteri e agli enzimi che portano al deterioramento del cibo. Una delle tecniche più usate fin dall’antichità a questo scopo è stata l’eliminazione dell’acqua. Senz’acqua, infatti, i batteri non prosperano e i cibi si conservano per molti mesi. L’esempio più diretto è la disidratazione: fichi secchi, uva a, carni secche fanno parte della nostra tradizione gastronomica più antica. Una tecnica simile è la liofilizzazione, che consiste nel disidratare i cibi congelati: le antiche popolazioni andine – che vivevano in luoghi dove le temperature sono rigide e l’aria è secca e rarefatta – usavano questo principio per conservare le patate. Nelle moderne industrie si fa lo stesso, ma a temperature ancora più basse e in condizioni di vuoto spinto, riuscendo a ottenere una disidratazione molto rapida. Il processo fisico alla base di questo fenomeno si chiama sublimazione, ed è il aggio diretto dell’acqua da solido a gas, senza are per lo stato liquido. Una tecnica che si usa con successo anche con la frutta e per produrre il latte e il caffè in polvere.

Per far durare il cibo più a lungo, lo si può anche salare o affumicare. Il sale assorbe infatti l’umidità e crea un ambiente ostile per i batteri: tende a risucchiare l’acqua che contengono per mezzo di un principio chimico detto osmosi. Già gli antichi Romani usavano questa tecnica, come anche i marinai in occasione di viaggi lunghi come quelli di Cristoforo Colombo. Fino a cinquant’anni fa era ancora diffusa, ma poi è stata soppiantata soprattutto da frigoriferi e congelatori. E una fine analoga hanno fatto i sottaceti, che prima erano molto più diffusi perché i batteri non gradiscono l’alcol, né l’acidità. I piatti fermentati sono infatti tradizionali in tutto il mondo, dalla Germania, dove ci sono i crauti (cavoli fermentati), alla Cina, dove si usano in modo simile altre verdure. Anche lo zucchero è un buon agente conservante, perché intrappola le molecole d’acqua e le rende inutilizzabili per i batteri. Questa proprietà contribuì al successo delle marmellate, che si diffo soprattutto nel Cinquecento, anche grazie all’abbondanza dello zucchero che arrivava in Europa dalle colonie. I cibi sott’olio, infine, si conservano a lungo per il fatto che l’olio avvolge gli alimenti e impedisce il contatto con l’aria. Le scatolette hanno cominciato invece a comparire agli inizi dell’Ottocento e hanno avuto successo perché consentivano la conservazione in un ambiente sterile, in quanto il cibo era prima bollito e poi sigillato in modo da distruggere tutti i batteri presenti e impedire l’ingresso di nuovi. Lo stesso principio funziona bene non solo per la latta delle scatolette, ma anche per il vetro o il tetrapak. Con la bollitura, però, i cibi cambiano le loro proprietà organolettiche e diventano meno nutrienti. La pastorizzazione è un compromesso: invece di arrivare alla bollitura, si scalda la sostanza a temperature anche alte, ma per un tempo relativamente breve. Si uccide così gran parte dei batteri senza alterare troppo il sapore, con un processo ideato dal biologo se Louis Pasteur negli anni ’60 dell’Ottocento. Qualche batterio sopravvive, e perciò queste bevande devono essere tenute in fresco. Come il latte, che può essere pastorizzato a circa 63 gradi per mezz’ora o a circa 72 gradi per 15 secondi. Diverso è il caso della pastorizzazione Uht (Ultra high temperature) ad alta temperatura, che consiste nel riscaldamento a ben 140 gradi per un paio di secondi. Quanto basta a uccidere quasi tutti i microrganismi, consentendo al latte di conservarsi per mesi. Oltre al latte, anche succhi di frutta, gelati e birra possono essere pastorizzati. Nei cibi possono esserci anche sostanze chimiche conservanti, inserite appositamente perché uccidono i microrganismi o ne rallentano lo sviluppo.

Come i solfiti, aggiunti al vino o alle verdure. O come i nitriti e nitrati, composti a base di azoto che si aggiungono alle carni per proteggerle dal batterio che causa il botulismo (Clostridium botulinum). O come i sorbati e i benzoati che si trovano nelle bevande analcoliche. Tutte sostanze molto utili ai fini della conservazione, ma delle quali il nostro organismo farebbe volentieri a meno. Per finire, i cibi si possono conservare sotto vuoto, o a contatto di gas inerti come azoto e anidride carbonica, perché così si impedisce la presenza di ossigeno, del quale i batteri normalmente hanno bisogno per proliferare. Il vuoto non uccide del tutto i batteri, però, per cui da solo non basta a garantire una lunga conservazione. E non bisogna illudersi: le macchine industriali o quelle dei salumieri non creano affatto il vuoto assoluto. D’altra parte il vuoto assoluto non esiste, nemmeno come astrazione matematica. Per capirlo, è istruttivo fare una corsa ideale nel vuoto sempre più spinto, dall’aria allo spazio intergalattico, che è quanto di più vuoto esista nell’universo. Nei nostri laboratori possiamo creare un freddo milioni di volte inferiore a quello già estremo dello spazio cosmico (-270 °C), ma non possiamo nemmeno lontanamente eguagliare il vuoto dello spazio interstellare. Noi esseri umani viviamo infatti in un angolino del cosmo estremamente denso di materia, insomma, e dobbiamo ritenerci fortunati di possedere i nostri corpi. Già l’aria che respiriamo ci sembra immateriale. Ma l’aria è composta da un numero straordinario di molecole. In un centimetro cubo ce ne sono circa 25 miliardi di miliardi, mentre nello spazio intergalattico, si trovano al massimo una decina di particelle per metro cubo. Fino al Seicento il vuoto era argomento da filosofi. E molti pensavano che non esistesse affatto, che la natura “aborrisse” il vuoto (horror vacui), come dissero i filosofi medievali sulla base del pensiero di Aristotele. La Chiesa affermava che il vuoto non poteva esistere, perché altrimenti ci sarebbe stato un qualcosa in cui sarebbe stato assente Dio. Ma nel 1644 lo scienziato italiano Evangelista Torricelli realizzò il vuoto (o qualcosa che gli assomigliava) all’interno del suo barometro a mercurio, e più in particolare tra l’estremità chiusa del tubo contenitore in vetro e la colonna di mercurio che scendeva per gravità. Grazie al barometro di Torricelli, nel 1648 lo scienziato e filosofo se Blaise Pascal dimostrò che la pressione dell’aria diminuisce con l’altitudine, mostrando che l’aria è una miscela di gas che circonda la superficie della Terra ed è spinta verso il basso dalla forza di gravità. Quanto più si sale in quota, tanto più la pressione diminuisce, fino a quando, a migliaia di km di altitudine, l’atmosfera si confonde con lo spazio interplanetario.

Si potrebbe pensare che lo spazio interplanetario sia vuoto, ma non è esattamente così. Il “vuoto” interplanetario è molto più vuoto del miglior vuoto che si possa realizzare sulla Terra – pari a circa 100 mila particelle di gas per centimetro cubo – ma non è totalmente privo di contenuto. È pieno di atomi, microframmenti di roccia e, soprattutto, di vento solare, cioè delle particelle energetiche (protoni, elettroni e radiazione) che il nostro sole emette regolarmente. In corrispondenza della Terra, arrivano quasi una decina di protoni per centimetro cubo, e la concentrazione diminuisce quanto più ci si allontana verso le zone esterne del sistema solare, perché le particelle si distribuiscono su uno spazio sempre più vasto. Il vuoto più spinto in assoluto si trova ancora oltre, nello spazio immenso che separa le galassie tra loro, dove si stima che vi siano poche particelle per metro cubo. Si potrebbe pensare che questo spazio sia, a parte queste poche particelle, effettivamente vuoto. Ma quanto più da vicino si guarda il vuoto e tanto più si scopre che brulica di energia. Non è affatto un “puro spazio”, come si potrebbe pensare, ma è pieno di particelle che nascono e si distruggono in un tempo brevissimo. Un po’ come la superficie di uno stagno che sembra piatta, ma a guardarla da vicino è in realtà scossa da minuscole vibrazioni, bolle e goccioline. Anche a levare tutte le particelle, queste fluttuazioni rimangono comunque e possono essere misurate. Come fu calcolato nel 1948 dall’olandese Hendrick Casimir e osservato nel 1996 presso il Los Alamos National Laboratory, negli Stati Uniti, infatti, due lastre metalliche immerse nel vuoto e vicinissime tra loro si attirano con una forza debolissima. Ciò nasce dal fatto che, tra le piastre, non tutte le fluttuazioni del vuoto sono possibili, ma solo quelle con una certa frequenza, a causa dello stesso principio per cui in una canna d’organo vibrano sole alcune note. Le fluttuazioni tra le lastre sono, quindi, meno di quelle all’esterno e questa differenza genera una debole pressione. Forse, anche il nostro intero universo potrebbe essersi formato da una particolare fluttuazione del vuoto. Lo sostiene una teoria, detta dell’“inflazione”, che negli ultimi anni ha riscosso molti successi. Per capire di che cosa si tratti, bisogna partire da un’altra teoria più nota (e ormai assodata), secondo la quale l’universo, lo spazio e il tempo si crearono tutti insieme 13,8 miliardi di anni fa, in seguito a un’esplosione primordiale detta appunto “Big Bang”. Secondo il modello dell’inflazione, il Big Bang nacque da una fluttuazione dei parametri fisici che descrivevano il vuoto primordiale. Questa fluttuazione, riassestandosi verso le condizioni di equilibrio, generò un’enorme quantità di energia che a sua volta si materializzò in una miriade di particelle in rapidissima espansione.

La teoria si chiama così proprio perché prevede un istante iniziale di espansione iperaccelerata. E ha avuto successo perché riesce a spiegare alcune caratteristiche del nostro universo, preso nel suo insieme, riconducendole a quelle della bollicina iniziale di vuoto. Se si guarda al cosmo nel suo complesso, infatti, si nota che la materia è distribuita in modo pressoché uniforme, e ciò può essere visto come la conseguenza del fatto che l’inflazione ha proiettato su scala cosmica quello che in origine era una regione praticamente puntiforme e quindi omogenea. L’uniformità del cosmo, però, non è perfetta. Se lo fosse, l’universo sarebbe una nube di gas e non ci sarebbero né galassie, né stelle, né pianeti. Questi grumi di materia sono stati generati dalle disomogeneità del vuoto primordiale e cominciarono ad addensarsi nei milioni di anni successivi al Big Bang a causa della forza di gravità: le zone più dense avevano una gravità maggiore e rubavano materia alle zone circostanti. Per questo motivo, secondo la teoria, la struttura su larga scala del nostro universo è una testimonianza, sebbene indiretta, una sorta di fossile o di impronta digitale, di quello che era il vuoto prima dell’inflazione. Si arriva così alla conclusione quasi paradossale che la struttura “del tutto”, vale a dire del nostro universo nel suo insieme, è riconducibile a quella di una minuscola porzione di vuoto, e in particolare del vuoto primordiale, che, con il Big Bang, è stata proiettata fino a creare il mondo nel quale viviamo.

CAPITOLO 25

Che cosa fanno in tv?

La nostra coppia è un po’ noiosa. Finita la cena, non si concede effusioni, discussioni sul senso della vita o sulla struttura dell’universo, musica o altre iniziative più fantasiose che si concedeva talvolta in ato, nei primi periodi della convivenza. Non esce. L’uomo si stende sul divano e la donna va in cucina a lavare i piatti, servendosi di uno dei tanti detergenti in commercio. Un prodotto a base di profumi inutili, altrettanto inutili agenti schiumogeni e “tensioattivi”, molecole che modificano la tensione superficiale dell’acqua e consentono di pulire meglio soprattutto il grasso. A livello molecolare, i tensioattivi si comportano come tanti spaghetti microscopici, con una testa dotata di carica positiva e una coda dotata di carica negativa (o viceversa). Quando trovano una particella di grasso, questi microspaghetti la circondano e la isolano. In pratica, la sciolgono. Sfruttando questo principio che funziona per shampoo, saponi e detergenti di ogni tipo, la donna prosegue il suo paziente lavoro di pulizia. L’uomo, invece, in preda a un senso di potenza pressoché smisurato, impugna quello che considera uno strumento di potere: il telecomando. Il televisore – che è ancora un vecchio schermo a raggi catodici, perché l’uomo ci è affezionato e non lo vuole cambiare – è in stand by. In pratica, è ancora , anche se soltanto una piccola corrente di circa 1 watt scorre nei suoi circuiti e accende una lampadina rossa appena visibile. Sarebbe buona abitudine spegnere del tutto il televisore (e gli altri apparecchi) quando non lo si usa, perché in questo modo si risparmia energia e si evita il rischio potenzialmente sempre in agguato che l’apparecchio vada in corto circuito e s’incendi. Ma il nostro uomo non ha questa accortezza e non si pone dubbi. Si limita a puntare il telecomando verso lo schermo con un gesto automatico. Quando il dito preme sul pulsante di gomma, un circuito elettrico inserito nel

telecomando rileva l’azione. Viene elaborato un messaggio in un codice da inviare al televisore, per certi aspetti simile al codice Morse. E a inviarlo è un led, una sorta di lampadina composta non da un filo di tungsteno incandescente, ma da un cristallo simile quelli usati per i circuiti integrati dei computer. I led sono sorgenti molto compatte ed è facile inserirle nei circuiti integrati; per questo sono molto usati nell’elettronica. Possono generare vari colori: verde, blu, rosso… e infrarosso, appunto, come nel caso del telecomando. Sono anche sorgenti molto efficienti, perché concentrano gran parte dell’energia emessa sotto forma di radiazione di una determinata frequenza, cioè un determinato colore. Consentono perciò di risparmiare sulla bolletta, ed è anche per questo che sono sempre più diffusi per fare schermi, insegne luminose, semafori, lampade. Oltre a consumare meno delle luci tradizionali, durano di più e producono colori più netti e brillanti. Quando la sequenza di segnali infrarossi dal telecomando raggiunge il televisore, l’apparecchio si accende e proietta le immagini dello spettacolo. L’uomo segue con attenzione la scena che si svolge di fronte a lui. È convinto di vedere la riproduzione di una scena reale, con le immagini che si trasformano con continuità le une nelle altre, così come si svolge il movimento nella realtà. Ma questa è solo un’illusione. Le immagini si producono sullo schermo in maniera quasi telegrafica. I pixel si accendono uno dopo l’altro, riga per riga, e ogni volta che lo schermo è stato riempito l’operazione ricomincia, per ripetersi decine di volte ogni secondo nel rispetto di determinati standard. L’illusione del movimento continuo è possibile grazie al fatto che, di fronte a una sorgente luminosa che si spegne, il cervello mantiene l’impressione di illuminazione per un decimo di secondo: se l’immagine si compone in un tempo inferiore, non ce ne accorgiamo e percepiamo lo schermo come animato da immagini che cambiano in modo continuo. L’esigenza pratica di scomporre le immagini in pixel fu chiara fin dagli albori della storia della televisione e tra i pionieri ci fu l’ingegnere se Maurice Leblanc, omonimo dello scrittore che ideò il personaggio di Lupin. Il primo metodo pratico per teletrasmettere le immagini fu brevettato quattro anni più tardi, nel 1884, da Paul Nipkow in Germania. Era un metodo di tipo meccanico, un disco pieno di forellini avvolti a spirale che giravano davanti all’immagine da teletrasmettere: i fori facevano vedere un puntino della figura alla volta, e scorrevano dall’alto verso il basso, scansionando l’immagine per linee orizzontali via via sempre più basse. Una cella fotoelettrica raccoglieva a

intervalli regolari di tempo il segnale luminoso, lo trasformava in un impulso elettrico e lo inviava all’apparecchio ricevente. Qui una lampada riproduceva il segnale luminoso e, con un disco simile a quello originale e perfettamente sincronizzato, si ricostruiva l’immagine. Il primo apparecchio televisivo funzionante si chiamava “Radiovision” e si basava su questa tecnica. Fu presentato ufficialmente alla Royal Institution di Londra dall’ingegnere scozzese John Logie Baird il 26 gennaio 1926. Era un apparecchio che trasmetteva soltanto 30 linee dieci volte al secondo, realizzato in un piccolo laboratorio nel quartiere malfamato di Soho; ma funzionava. La prima stazione televisiva al mondo fu realizzata l’anno dopo, sempre a Londra, dall’ente radiofonico Bbc (British Broadcasting Corporation) e trasmetteva fino a 20 km di distanza. I sistemi elettromeccanici basati sul disco di Nipkow mostrarono ben presto i loro limiti. La tecnologia meccanica, infatti, per quanto sofisticata, non era la più adatta allo sviluppo della televisione, soprattutto perché non consentiva una risoluzione sufficiente dell’immagine. Serviva l’elettronica, che si andava sviluppando proprio in quegli anni grazie alla scoperta dell’elettrone da parte di Thomson. Già nel 1908, l’ingegnere elettrico Archibald Campbell Swinton aveva ideato un metodo che sarebbe stato alla base della televisione moderna: una rete di sensori fotoelettrici nella telecamera trasmittente, per trasformare l’immagine in segnali elettrici, e un tubo catodico nell’apparecchio ricevente. Era nata l’idea del televisore a raggi catodici che poi si è diffusa in tutte le case, sebbene quella di Swinton fosse un’intuizione fin troppo avanzata per i suoi tempi e non ebbe successo immediato. Il brevetto fu depositato da Vladimir Zworykin nel 1923, e nel 1932 la Radio Corporation of America (Rca) dimostrò il funzionamento della televisione elettronica, che trasmetteva immagini al ritmo di 120 linee alla volta. Ma la televisione era destinata a svilupparsi rapidamente, fino a divenire quel gioiello di tecnologia grazie al quale il nostro protagonista può adesso guardare il telegiornale. Ciò che ha reso a lungo possibile il prodigio tecnologico è il tubo catodico, ormai già desueto, un’evoluzione dei primi strumenti usati da Thomson proprio per dimostrare l’esistenza degli elettroni e per studiarne le proprietà elettriche. Quegli stessi tubi che divennero le valvole elettroniche usate in ato nelle radio e nei primi computer, prima dell’esplosione della tecnologia del silicio. I tubi catodici sono piccoli acceleratori di particelle, per certi aspetti simili a quelli enormi utilizzati al Cern di Ginevra o in altri grandi laboratori per studiare le

proprietà delle particelle elementari facendole scontrare le une contro le altre. Negli acceleratori, questi scontri creano nuove particelle e innescano complicati processi subnucleari (cioè su scale inferiori a quelle del nucleo atomico) che ci svelano la struttura più intima del mondo microscopico. Nei vecchi televisori, quelli a tubo catodico, appunto, gli elettroni invece accelerano per scontrarsi con le sostanze presenti nello schermo e generare, pixel per pixel, la luce e le immagini che osserviamo. I tubi dei televisori sono composti di vetro e sono sotto vuoto per non disturbare il cammino degli elettroni al loro interno. Gli elettroni sono particelle piccolissime e leggerissime, sono quasi 2 mila volte più leggeri dei protoni e neutroni che formano il nucleo atomico. Contribuiscono, perciò, in misura ridotta al peso atomico. Ma sono di fondamentale importanza per determinarne le dimensioni e le proprietà chimiche. Anche se ai nostri strumenti di misura appaiono praticamente puntiformi, queste particelle si “spalmano” attorno ai nuclei atomici e li avvolgono formando una nube circa 100 mila volte più larga delle dimensioni nucleari. In pratica, gli atomi interagiscono tra loro (si urtano, si appiccicano, formano legami chimici) grazie agli elettroni che li avvolgono. Mentre il nucleo atomico è dotato di carica elettrica positiva, gli elettroni hanno carica negativa, e quella dell’elettrone è l’unità fondamentale di carica elettrica in natura: tutte le cariche elettriche esistenti sono multipli interi di questa unità di riferimento. Gli atomi, grazie a queste proprietà, hanno in genere carica elettrica nulla, perché il numero di elettroni uguaglia quello di protoni nel nucleo. E i protoni hanno carica uguale e opposta a quella degli elettroni. Nel televisore di fronte al quale è inchiodato l’uomo, il viaggio degli elettroni comincia dal catodo, un filamento metallico che si trova nel punto opposto allo schermo. Il catodo è caldo e gli elettroni si staccano in continuazione a causa dell’elevata temperatura. Se ci fosse soltanto il calore a muoverli, rimarrebbero comunque lì, in prossimità del filo, richiamati dalla carica elettrica positiva dei nuclei che lasciano alle loro spalle. Ma il filo scaldato è collegato a un circuito elettrico, per cui gli elettroni che si staccano possono allontanarsi e andarsene, sostituiti da altri che giungono dalla rete elettrica. Gli elettroni che “evaporano” dal filamento sono attratti da un altro elettrodo chiamato “anodo”, che ha un potenziale elettrico elevatissimo, di 25 mila volt. Accelerati dal campo elettrico dell’anodo, si mettono subito in movimento, e con la spinta ricevuta oltreano l’anodo e viaggiano nel vuoto del tubo catodico fino a giungere sullo schermo davanti agli occhi dell’uomo. Se dopo l’anodo non ci fosse nulla, gli elettroni

finirebbero tutti in un punto al centro dello schermo. Ci sono, però, alcuni magneti che hanno lo scopo di deflettere il fascio di elettroni in senso orizzontale e in senso verticale, per indirizzarlo in modo controllato verso i vari punti dello schermo. Qui gli elettroni incontrano una griglia che definisce i pixel e infine lo schermo vero e proprio, rivestito nella parte interna da fosfori. In un televisore a bianco e nero i fosfori producono solo luce bianca. In un televisore a colori, invece, ci sono tre tipi diversi di fosfori per ogni pixel, uno accanto all’altro, corrispondenti a tre colori fondamentali (rosso, verde, blu): gli altri colori sono generati dalla combinazione di questi tre, dosando le intensità. E anche i fasci di elettroni sono tre, ognuno per un colore. Per trasmettere le immagini, le tv standard usano una tecnica detta interlacing: effettuano una scansione per 50 volte al secondo, ma a ogni scansione illuminano solo metà dello schermo. Per esempio, accendono prima le righe dispari e poi, alla scansione successiva, quelle pari. Lo schermo intero è riprodotto in due aggi, globalmente 25 volte al secondo. Mentre l’uomo guarda meravigliato in tv quel che succede dall’altra parte del mondo, dunque, per 50 volte al secondo il flusso di elettroni che parte dal catodo percorre, una riga per volta (prima le dispari e poi le pari), tutto lo schermo, guidato dal campo generato dai magneti deflettori. La scansione dello schermo è sincronizzata in maniera molto precisa con il segnale che giunge all’antenna, e ogni pixel si illumina della quantità giusta, necessaria a riprodurre l’immagine. Il segnale tv captato dall’antenna, infatti, è convertito in un segnale elettrico che guida tutto l’apparecchio e che contiene alcune informazioni essenziali: le intensità dei vari colori e i riferimenti per andare alla riga o alla schermata successiva. Il segnale tv che arriva all’antenna è costituito da onde radio con una frequenza di alcune decine o centinaia di megahertz. Ogni stazione televisiva emette onde elettromagnetiche centrate su una certa frequenza specifica, mentre il segnale trasmesso è inviato sotto forma di piccole variazioni simili a quelle usate per le trasmissioni radio. E, come nel caso della radio, quando il televisore è sintonizzato su un certo canale, per esempio quello sul quale l’uomo sta ora vedendo il telegiornale, un circuito che fa da filtro seleziona una frequenza e un piccolo intervallo di frequenze simili, escludendo tutte le altre. Quando l’uomo, stanco di guardare il telegiornale, cambia canale, il televisore si sintonizza su una frequenza diversa e i suoi circuiti captano le piccole

modulazioni di ampiezza del segnale video e le trasformano nel segnale elettrico che guida l’intensità del flusso di elettroni e i magneti deflettori. In pratica, le varie frequenze (ognuna con i suoi segnali audio e video) corrispondono a tanti canali di comunicazione diversi, si possono pensare idealmente anche come tanti fili elettrici diversi, e il televisore di volta in volta si sintonizza su uno di essi con i suoi filtri, escludendo tutti gli altri. I televisori a raggi catodici ci hanno fatto compagnia per molte decine d’anni. Ma ormai sono stati sostituiti dagli schermi piatti a base di cristalli liquidi, plasma, led e i nuovissimi oled (led organici). In che cosa differiscono queste nuove tv dalle tradizionali? Il principio di base è lo stesso, e consiste nel comporre un’immagine in uno schermo suddiviso in pixel, ciascuno con i tre colori fondamentali. Cambia il modo in cui ciò avviene. Nei televisori a plasma, in ogni singolo pixel ci sono tre cellette che contengono un plasma, appunto, cioè un gas composto da particelle elettricamente cariche: elettroni e atomi privati degli elettroni, di solito. Ogni celletta è come una piccola lampada a neon, che si illumina in proporzione al campo elettrico che riceve. Nelle tv a cristalli liquidi, invece, c’è una sorgente di luce bianca sullo sfondo, che è filtrata da una rete di cristalli liquidi, polimeri che hanno anche la proprietà di cambiare orientamento in presenza di un campo elettrico. Uno schermo a cristalli liquidi è composto da più strati: prima c’è un polarizzatore, poi uno strato di cristalli liquidi diviso in cellette e infine un altro strato polarizzatore. I polarizzatori sono materiali simili alle lenti polaroid: sono filtri per la luce. La luce, infatti, è composta da campi elettromagnetici che in generale possono oscillare in una direzione qualsiasi nel piano trasversale alla direzione in cui si muovono. E i polarizzatori selezionano una particolare direzione di oscillazione (detta polarizzazione). Se si mettono due lenti polaroid una dietro l’altra con orientazioni trasversali, infatti, si ottiene un filtro che non fa are niente: il primo strato seleziona la luce con una polarizzazione che è poi filtrata dal secondo. Gli schermi dei televisori a cristalli liquidi contengono due strati polarizzatori opposti, e i cristalli liquidi sono nel mezzo. Se ci fossero solo i polarizzatori, lo schermo sarebbe nero. Ma i cristalli liquidi – che sono orientati da un campo elettrico di controllo – fanno ruotare la polarizzazione della luce, rendendo possibile il aggio attraverso il secondo filtro. In uno schermo di questo tipo, insomma, ogni pixel è raggiunto da una tensione elettrica che fa ruotare i cristalli liquidi e consente il aggio di una certa quantità della luce proveniente dallo schermo retrostante.

Un tipo ancora più moderno di televisori si basa sui led, vale a dire sorgenti luminose di tipo elettronico. A differenza dei cristalli liquidi, che si usano per filtrare una fonte luminosa già esistente, i led producono direttamente la luce e non hanno bisogno di una retroilluminazione. In un televisore a cristalli liquidi, il colore nero si produce filtrando completamente la luce, che però è comunque prodotta nel retro dello schermo, mentre nelle tv a led il nero equivale all’assenza totale di emissioni. Nei led, perciò, la qualità del colore nero è migliore e anche il consumo energetico è più ridotto. Oltre alle nuove tecnologie sugli schermi televisivi, infine, si stanno oggi affermando nuovi standard trasmissione. I segnali video, soprattutto, sono trasmessi sempre di più in modo digitale, cioè sotto forma di bit (1 e 0) come avviene nei computer. Molti canali satellitari sono trasmessi in questo modo, e anche il cosiddetto digitale terrestre si basa sullo stesso principio. Queste tecnologie sono destinate a rivoluzionare il nostro rapporto con la tv. Da strumento ivo, esclusivamente da vedere, la televisione diventerà un mezzo interattivo, al quale chiedere informazioni e ottenere risposte così come già si fa in internet, con il computer. La situazione attuale lascia presagire un futuro di rapido progresso tecnologico, in cui il nostro rapporto con gli oggetti attorno a noi e alla tecnologia si rivoluzionerà. Ci sono già i televisori ad alta definizione e le trasmissioni via web. Anche la scelta di canali e di servizi a disposizione sta cambiando. E mentre l’uomo assapora fino in fondo e pienamente soddisfatto la tecnologia a sua disposizione – cioè il vecchio tubo catodico – per vedere la partita di calcio, arriva la donna e cambia canale. Il televisore si sintonizza su altre frequenze e seleziona altre informazioni tra le innumerevoli che danzano nell’aria. Le onde elettromagnetiche che trasmettono i programmi televisivi e della radio viaggiano nella casa, avvolgono la casa, avviluppano la città, si disperdono nell’atmosfera fino a perdersi nello spazio interstellare e allontanarsi dalla Terra alla velocità della luce. Viaggeranno nel vuoto per anni, per secoli, per millenni, diventando sempre più deboli o perfino impercettibili. Fino a quando spariranno del tutto, assorbite da qualche nebulosa o qualche lontano pianeta. Fino a quando, forse, qualcuno le intercetterà, le studierà, le decifrerà, arricchendosi di questa testimonianza involontaria della nostra cultura.

EPILOGO

A letto

L’uomo e la donna vanno a dormire, stanchi per la giornata che hanno trascorso. Finalmente concluse le ultime incombenze, si tolgono i vestiti, si lavano e si rifugiano nel letto preparandosi al meritato riposo. Si abbracciano e, come consuetudine, l’uomo cade subito in un sonno profondo. La donna lo guarda dormire, mentre torna a pensare al suo mondo di bambina. L’uomo, invece, nel mondo dei sogni, sogna. E sogna il mondo futuro, il mondo dei suoi figli o di quando sarà vecchio. Sogna di alzarsi svegliato da una musica soave e indossare un vestito completo, magnificamente confortevole, che si adatti spontaneamente come una seconda pelle al suo corpo e alle varie condizioni meteorologiche. Immagina che grazie ai microchip interni, quest’abito possa tenere sotto controllo la sua pressione arteriosa, i battiti del cuore, la temperatura e magari la composizione del sangue. Si sentirebbe più sicuro di sé e in piena salute, anche perché potrebbe calibrare al meglio il suo allenamento e la sua attività fisica, e non avvertirebbe minimamente la presenza di questi sensori inseriti nei tessuti. Sogna di accendere una luce che si diffonde uniformemente dal soffitto, e sogna di parlare a un computer per ordinargli la colazione e di trovarsi subito dopo aver fatto la barba (irriducibile testimonianza della sua origine animale) di fronte alla sua compagna a bere un cappuccino e mangiare una brioche appena sfornata. Per uscire non ha bisogno né di chiavi, né di portafogli. La porta si apre riconoscendo l’iride, o il modo di camminare, o un qualsiasi altro elemento fisiologico di cui non ha bisogno di preoccuparsi. E il portafogli non serve perché il denaro non esiste più, è stato tradotto in bit e viaggia in forma elettronica direttamente di banca in banca. Per le transazioni bancarie, basta ancora una volta il riconoscimento automatico dell’iride. Gli abiti che indossa estendono e potenziano i suoi sensi. Negli occhiali c’è un

cellulare che gli consente di parlare, e non c’è bisogno della tastiera, perché bastano i comandi vocali a farlo funzionare. Le lenti si scuriscono automaticamente se c’è sole, per proteggere gli occhi dai raggi uv e potenziano la visione di notte per mezzo di sensori a raggi infrarossi. Sulle lenti compaiono anche le comunicazioni più urgenti, dopo un segnale di allerta. Gli schermi televisivi si trovano ovunque, dipinti sulle pareti, sottilissimi o flessibili, e sono porte verso un universo virtuale, un mondo di bit parallelo a quello reale nel quale il cervello conduce una parte significativa della sua esperienza, trovando informazioni, corsi d’addestramento, svago. E anche agenti elettronici capaci di aiutarlo nelle sue scelte e nei suoi dubbi, che gli danno consigli personali o lo assistono nella scelta della polizza assicurativa più adatta alle sue esigenze o del volo più economico per la destinazione del mondo reale o virtuale dove intende andare in vacanza. Per andare al lavoro deve sempre prendere l’automobile. Ma è un’auto tutta diversa. Non inquina e non è rumorosa, perché è alimentata da celle a combustibile che utilizzano idrogeno e producono soltanto vapore acqueo come gas di scarico. E non ha bisogno di essere guidata. La guida è automatica e sincronizzata con le altre vetture, con enormi vantaggi per la fluidità del traffico. L’uomo che non guida può rilassarsi e leggere un e-book su uno schermo flessibile. I mezzi pubblici non ci sono quasi più, perché a questo punto sono diventati inutili, ma le biciclette girano ancora, nelle piste ciclabili, per chi vuole comunque fare un po’ di movimento e respirare un po’ d’aria fresca. Perché la tecnologia non deve essere fine a sé stessa, ma a nostro servizio, e noi siano fatti di un corpo, salute fisica, ragione, creatività, emozioni, spirito. Elementi che nel mondo di domani sognato dal nostro protagonista sono finalmente al centro della vita, e tutta la tecnologia attorno ha senso solo perché è pienamente al nostro servizio.