Strumenti, e visioni del mondo

Un esempio

Qui di seguito vediamo un grafico, che immagino riuscirà piuttosto familiare: le letture di temperatura effettuate in un’ora da una stazione meteorologica.

Figura 1 – Andamento orario del valore istantaneo della temperatura dell’aria, rilevato tramite un termometro resistivo di tipo Pt-100

In quest’ora, possiamo osservare una dinamica decisamente ricca: salite, e discese. Ma in un intervallo, come vediamo, piuttosto ristretto, di meno di 1 °C.

Adesso, vediamo un altro grafico, riferito alla medesima grandezza, la temperatura, misurata con due sensori diversi: quello di prima, un sensore resistivo Pt-100, ed un anemometro ultrasonico tri-assiale.

Figura 2 – Andamento orario del valore istantaneo della temperatura dell’aria, rilevato tramite un termometro resistivo di tipo Pt-100 (linea rossa) ed un anemometro ultrasonico tra-assiale (linea rosa)

Come possiamo vedere, il termometro Pt-100 mostra un andamento che ricorda quello dei listini di borsa, variabile ma tutto sommato ancora riconoscibile come “funzione continua del tempo”.

L’anemometro ultrasonico, al contrario, mostra una variazione enormemente più ampia, e rapida, al punto da non riuscirla quasi a seguire. Assomiglia ad un frattale, più che ad una funzione continua.

Figura 3 – I due “termometri”

Vedute diverse, ma non inconciliabili

La figura 2 presenta, sovrapposte, due visioni della realtà completamente differenti.

Tanto diverse, che può venire il dubbio rappresentino fenomeni qualitativamente differenti. O che uno dei due sensori non funzioni, o magari tutti e due.

Esperimenti compiuti per lungo tempo in una varietà di situazioni dicono però che il fenomeno è esattamente lo stesso, gli strumenti funzionano benissimo, e che, se mai, ogni strumento ci trasmette una propria immagine della realtà.

La differenza chiave tra le viste offerte dai due sensori è la presenza, nel caso dell’anemometro ultrasonico, o l’assenza, nel caso del termometro resistivo, della capacità di “vedere” le fluttuazioni turbolente delle grandezze misurate – e in particolare della temperatura.

Le fluttuazioni turbolente, che in una bella giornata possono arrivare ad un notevole grado di intensità, avvengono ad una scala temporale molto breve – decimi di secondo – che le rende difficilissime da apprezzare a pelle. Non percependole, non ci aspettiamo la loro presenza.

Inoltre, le fluttuazioni turbolente hanno media nulla, e questo vuol dire che misurando ad un rateo sufficiente la stessa temperatura, ed in un caso escludendo, nell’altro considerando le fluttuazioni, una media oraria compiuta sulle due serie darebbe con ogni probabilità lo “stesso” risultato.

La differenza tra le medie orarie “turbolenta” e “non turbolenta”, che comunque c’è, è però ascrivibile a fenomeni ben conosciuti e misurabili.

Differenze (imperfezioni) di calibrazione, per esempio.

Oppure, il fatto che la temperatura misurata dall’anemometro ultrasonico è molto vicina alla “temperatura virtuale”, e dipende anche dalla presenza di umidità nell’aria, cosa non vera nel caso della temperatura “a bulbo secco” rilevata da una sonda Pt-100.

Queste differenze, di regola, tendono a presentarsi con un valore quasi costante, almeno se consideriamo tempi abbastanza brevi. E, in linea di massima, si prestano ad essere riconosciute per quello che sono e, se necessario, eliminate.

Gli strumenti come moltiplicatori di pensiero

Galileo, nel suo immaginarsi il Sistema Solare, non ha solo compiuto un supremo atto d’immaginazione.

No, lui, il Sistema Solare lo ha visto, nel modello ridotto di Giove e dei suoi satelliti.

E lo ha potuto vedere, grazie al telescopio.

Si fosse dovuto limitare agli occhi nudi, tutta la sua immane intelligenza avrebbe avuto ben poco materiale su cui lavorare. Avrebbe, magari, potuto concepire un nuovo mondo tramite un atto di poesia, ma per splendido che sarebbe stato, questo ritratto non sarebbe stato “fisica”.

Gli strumenti, spostando il confine del percettibile, permettono di concepire idee, pensieri, altrimenti impossibili.

Certo, di tanto in tanto compare qualche mente così eccelsamente ampia, da intravedere aspetti sorprendenti del mondo fisico senza aiuti. Ma è difficile che ciò accada con accuratezza sufficiente.

La turbolenza, ad esempio, fu scoperta da Leonardo da Vinci.

Chi altri, al mondo, avrebbe mai potuto?

Vero.

Ma, la sua scoperta avvenne, grazie ad osservazioni sistematiche compiute in canali dalla forma complicata – uno strumento, anche se non creato espressamente a quello scopo.

Vale, naturalmente, in certa misura, anche il viceversa. Un’ipotesi, interessante, richiede una verifica che a sua volta rende un nuovo strumento desiderabile, anzi, necessario, iniziando una catena di eventi tecnici ed economici che, alla fine, porta alla sua realizzazione.

Ma una volta disponibile, questo nuovo strumento schiude la porta su di un mondo inimmaginato, e genera un’infinità di altre ipotesi.

Molte, tra queste, suggeriranno la necessità di strumenti ancora più perfezionati.

E, così via…