Big Data: the End of Theory?

Grandi sistemi e spirito di servizio

Spazio, la Nasa registra ''la voce della Terra''

La Terra 'canta' una canzone, sotto forma d'onde radio, e per la prima volta è stato possibile registrarla. A 'incidere' la voce del pianeta sono state due sonde della Nasa in missione nelle fasce di Van Allen, a circa 20mila chilometri dalla superficie terrestre.

Introduzione alle reti neurali ed alla bioingegneria del cervello

Nel 1963 lo scrittore di fantascienza Arthur C. Clarke, famoso tra l’altro per aver ispirato il film “2001: Odissea nello spazio” di Stanley Kubrik, pubblicò un racconto breve intitolato “Chiamata per l’homo sapiens” (“Dial F for Frankstein”, nella versione originale inglese). In questo scritto Clarke paventava, con intuizione quasi visionaria, un non lontano futuro nel quale per la prima volta tutti i calcolatori del mondo sarebbero stati connessi tra loro attraverso la rete telefonica; si sarebbe così venuta a creare un’enorme mente artificiale planetaria, che non avrebbe tardato a dare dimostrazione dei suoi poteri.
L’incubo futuristico di Clarke si è realizzato ai nostri giorni, anche se in forme e modalità imprevedibili, trascendenti anche la più fervida immaginazione.
Internet, familiarmente chiamata “the Net”, è oggi la più grande rete di computer al mondo. Una rete di computer è essenzialmente costituita di un numero, più o meno elevato, di calcolatori di medie/grandi dimensioni, connessi fra loro in qualche modo (ad esempio, via linee telefoniche terrestri, o fibre ottiche, o satelliti). Di fatto, Internet non è proprio una rete, ma una rete di reti, che scambiano informazioni senza ostacoli.
Nonostante la quasi fantascientifica proliferazione di Internet, il cervello umano rimane tuttavia il più complesso sistema di elaborazione delle informazioni esistente nell’universo e può essere esso stesso considerato come un’enorme rete neurale. Per avere un’idea della complessità di questa rete, si pensi che i suoi nodi sono costituiti dai circa 100 miliardi di neuroni che formano il cervello. Ciascun neurone è peraltro collegato a sua volta a decine di migliaia di altri neuroni, cosicché esistono milioni di miliardi di connessioni.

Neuroni e reti neurali

Il componente base dei sistemi nervosi degli esseri viventi è il neurone. Esso può essere paragonato a quello che la porta logica elementare o la cella elementare di memoria rappresentano in un calcolatore elettronico. L’analogia è ancora più stretta se si considera che, così come in un calcolatore, i neuroni si scambiano informazioni attraverso impulsi elettrici. Il fatto che le connessioni nervose siano basate su fenomeni elettrici è noto peraltro sin dal diciottesimo secolo. Tutti infatti ricorderanno (reminiscenze dei tempi della scuola) l’esperimento di Luigi Galvani, il quale notò che le zampe di una rana si contraevano quando venivano collegate ad una pila accidentale, fatta di metalli diversi.
Il neurone (figura 1), o cellula nervosa elementare, è costituito da quattro parti principali: il corpo della cellula, l’assone (attraverso il quale passano i messaggi accumulati a livello del corpo della cellula), i dendriti (con i quali si stabiliscono connessioni sinaptiche con altre cellule) e le sinapsi (mediante le quali il neurone comunica con le altre cellule nervose).


Figura 1: neurone biologico e sue parti costituenti

Il corpo della cellula ha le dimensioni di circa 10 micron (cioè 10 milionesimi di metro) ed è a sua volta costituito da un nucleo centrale circondato da protoplasma e racchiuso da una membrana. Da questa si dipartono i dendriti, fibre sottili ed estremamente ramificate, ed originano uno o più assoni, prolungamenti lunghi e sottili, la cui lunghezza varia da una frazione di millimetro fino ad oltre un metro.
Un neurone opera ricevendo segnali da altri neuroni attraverso le sinapsi. Ogni sinapsi non è altro che una sottile intercapedine fra l’assone di un neurone ed il dendrite di un altro, attraverso la quale gli impulsi elettrici vengono trasmessi attraverso un processo elettrochimico.
La combinazione di questi segnali, al di sopra di una certa soglia o livello di attivazione, porta il neurone a “sparare”, cioè ad inviare un segnale agli altri neuroni connessi ad esso. Alcuni dei segnali ricevuti da un neurone agiscono come eccitatori, altri come inibitori. E’ a questo punto già abbastanza evidente come l’analogia tra cervello umano (o più generalmente animale) e calcolatore elettronico sia solo lontanamente appropriata. Si pensi che nel cervello umano ci sono approssimativamente cento miliardi (100.000.000.000) di neuroni, ciascuno connesso a qualche migliaio di altri. In totale la rete neurale del cervello è costituita da oltre un miliardo di miliardi di connessioni (1.000.000.000.000.000.000)! Se si considera che il cervello di un adulto umano pesa da 1300 a 1400 grammi, è evidente che esso costituisce una macchina di calcolo e di commutazione di gran lunga più complessa e più miniaturizzata di quelle realizzabili con le attuali tecnologie elettroniche.

Modello di neurone artificiale

Il comportamento dei neuroni è estremamente complesso e lungi dall’essere completamento compreso. Per i nostri fini è più che sufficiente fare riferimento ad un modello semplificato del neurone, sviluppato già nel 1943 da McCulloch e Pitts (figura 2).


Figura 2: modello di McCulloch e Pitts

Il modello di McCulloch-Pitts è basato su cinque assunzioni fondamentali:

1. il neurone è un dispositivo binario, nel senso che può trovarsi in soli due possibili stati: “eccitato” o “non eccitato”;
2. ogni neurone ha una soglia fissa di eccitazione, oltre la quale esso cambia di stato e “spara”, cioè manda un impulso elettrico lungo l’assone;
3. lo stato di eccitazione dipende da impulsi ricevuti da sinapsi eccitatorie, che in prima approssimazione possono assumersi tutte con pesi identici (in realtà le sinapsi più frequentemente eccitate tendono a prevalere rispetto alle altre);
4. lo stato di eccitazione dipende anche dagli impulsi ricevuti da sinapsi inibitorie (se una di esse è attiva, il neurone non può attivarsi);
5. c’è un tempo finito d’integrazione degli impulsi in ingresso, durante il quale il neurone calcola il suo stato (azione d’integrazione a breve termine delle varie eccitazioni).

Dal modello del neurone appena descritto si comprende come nel sistema nervoso coesistono due differenti tipi di trattamento dell’informazione: un’elaborazione analogica all’interno delle cellule nervose ed una trasmissione essenzialmente digitale tra le cellule stesse.
Gli impulsi nervosi, trasmessi attraverso gli assoni alle altre cellule nervose, viaggiano con velocità che, a seconda del tipo di neurone, passano da 0,5 metri/secondo a 120 metri/secondo. Si tratta di velocità rispettabili, ma molto inferiori alla velocità di trasmissione di un impulso elettrico in un conduttore metallico, che è prossima a quella della luce. Ciò spiega il perché di alcuni limiti fisici del nostro corpo, quale il tempo di risposta di un guidatore d’automobile nel premere il pedale del freno.

Reti neurali artificiali

Una rete neurale è un sistema che vuole in qualche modo riprodurre il comportamento della mente umana. Analogamente a quanto avviene nel nostro cervello, essa si basa su componenti elementari hardware o, più frequentemente, software chiamati celle neurali o neuroni artificiali. Un neurone artificiale è in realtà molto più semplice di un neurone biologico.
Ciascuna cella è collegata ad alcune delle celle adiacenti attraverso connessioni più o meno forti, a seconda dei coefficienti (o “pesi”) ad esse associati. Il processo di apprendimento è per l’appunto ottenuto aggiustando questi coefficienti in modo che la rete complessiva fornisca l’uscita (o le uscite) corrette.
La figura 3 mostra l’architettura semplificata di una tipica rete neurale. Ogni nodo della rete è di fatto l’equivalente di un neurone cerebrale, con i suoi ingressi, le sue uscite e la sua legge di eccitazione.


Figura 3: architettura di una rete neurale artificiale

Perché si usano le reti neurali?

Data la loro capacità di derivare risultati significativi partendo da dati complessi o imprecisi, le reti neurali trovano applicazione per riconoscere pattern o scoprire tendenze che altrimenti sarebbero troppo complicate per la mente umana o per altre tecniche cibernetiche. Un computer neurale può essere pensato come un sistema esperto che, oltre ad essere in grado di interpretare in breve tempo informazioni complesse, è anche capace di apprendere dall’esperienza, affinando sempre più la sua già specializzata capacità.
Le reti neurali hanno in realtà un approccio alla risoluzione dei problemi che è completamente differente da quello dei computer tradizionali.
I computer tradizionali hanno un approccio algoritmico, cioè essi seguono una serie di istruzioni per risolvere un problema. Di fatto la sequenza di istruzioni è basata sulla nostra conoscenza “a priori” del problema. Si potrebbe altrimenti dire che un computer tradizionale risolve solo i problemi che noi stessi già sappiamo come affrontare e risolvere.
Per poter parlare di intelligenza artificiale, si dovrebbe però avere computer che sanno cavarsela anche di fronte a nuovi problemi, imparando dall’esperienza accumulata.
Nei computer neurali piuttosto che un’unità centralizzata di elaborazione (la CPU), che esegue istruzioni in forma sequenziale, si ha una rete con un numero molto alto di elementi di processamento elementari (neuroni artificiali, anche detti “percettroni”), che sono fortemente interconnessi e lavorano in parallelo alla risoluzione di uno specifico problema. Continuando l’analogia con il cervello umano, un computer neurale non può essere programmato in modo convenzionale, ma gli deve essere insegnato ciò che deve fare attraverso lo “studio” di esempi, che devono essere scelti molto accuratamente. I risultati possono essere sorprendenti, ma al contempo spesso del tutto imprevedibili.
Nella realtà pratica, i due sistemi di elaborazione, convenzionale e neurale, si integrano a vicenda, piuttosto che farsi competizione.
Le reti neurali trovano oggi applicazione in un’ampia serie di campi, dalla medicina alla simulazione di sistemi economici complessi. Particolarmente note ed efficaci sono le applicazioni riguardanti il riconoscimento dei caratteri calligrafici e delle immagini, utilizzate quest’ultime nei più sofisticati sistemi di sorveglianza elettronica.
La ricerca sulle reti neurali artificiali sta compiendo passi da gigante. Ne è un esempio il circuito integrato “neuromorfico” (cioè che simula il comportamento della corteccia cerebrale) sviluppato dai ricercatori del mitico Massachusetts Institute of Technology (MIT) e della Lucent Technologies (figura 4).


Figura 4: circuito integrato “neuromorfico”

Anche questo circuito sarà impiegato in sistemi di riconoscimento d’immagini “a prima vista” da utilizzare, fra l’altro, nella realizzazione di futuri robot intelligenti.

Alcuni semplici modelli circuitali del neurone

La simulazione del funzionamento di una cellula nervosa non deve essere pensata come un argomento riservato alla ricerca universitaria o ad applicazioni esclusivamente professionali.
In realtà è possibile costruire dei semplici modelli circuitali del neurone, dei veri e propri neuroni artificiali o bionici, con pochi e semplici componenti elettronici, alla portata di tutti gli sperimentatori dilettanti.
Il primo semplicissimo circuito è quello mostrato in figura 5. Esso simula un neurone avente un solo ingresso (dendrite) ed una sola uscita (assone). I componenti R1 e C1 costituiscono un circuito integratore, i cui valori determinano il tempo di propagazione degli impulsi in ingresso attraverso la rete nervosa. La porta inverter può essere derivata da un integrato digitale 7414 o 74HC14.

Figura 5

Un circuito più complesso è quello mostrato in figura 6, dove un amplificatore operazionale (un comunissimo LM741), utilizzato come comparatore, riceve stimoli da vari ingressi, simulati dai pulsanti A, B e C. I potenziometri associati agli ingressi permettono di variare i “pesi” ad essi associati. Un diodo LED in uscita segnala l’eccitazione (o “sparo”) del neurone artificiale.

Figura 6

Un terzo circuito (figura 7), da me progettato, utilizza un comunissimo timer integrato NE 555 per realizzare buona parte delle caratteristiche di un neurone biologico precedentemente elencate, cioè:

• la possibilità di sommare nello spazio (ingressi multipli) e nel tempo (funzione integratrice) impulsi asincroni con azione eccitatrice o inibitrice;
• la presenza di un circuito a soglia;
• la generazione di un impulso in uscita in corrispondenza al superamento della soglia.


Figura 7: schema elettrico del neurone bionico

Due parole di descrizione sul funzionamento del circuito. I pulsanti (normalmente aperti) collegati al positivo dell’alimentazione fungono da ingressi eccitatori. Quelli collegati alla massa del circuito svolgono la funzione opposta, cioè simulano gli impulsi inibitori. Il LED giallo è normalmente acceso ed indica lo stato di quiete del neurone. Quando la soglia di “sparo” viene raggiunta, il LED giallo si spegne e si accende invece, per pochi secondi, quello rosso, che simula l’impulso elettrico verso l’assone.
Il valore dei componenti non è critico: sperimentate pure con tranquillità, è difficile fare danni.
Questo semplice circuito costituisce una buona modellizzazione elettrica della cellula neurale, utile per fini didattici e non.
Lascio alla creatività dei lettori il gusto di sperimentare altre applicazioni del circuito presentato, ad esempio per simulare una rete di connessioni neurali, oppure per realizzare antifurto “intelligenti”, capaci cioè d’integrare gli stimoli provenienti da vari sensori.

Il vostro beniamino a Bruxelles per Galileo

Galileo è in orbita!

21 ottobre 2011: i primi due satelliti della costellazione Galileo vengono messi in orbita dal centro spaziale di Kourou, nella Guiana francese.

"Stay Hungry. Stay Foolish"

Il discorso di Steve Jobs ai neo-laureati dell'università di Stanford il 12 giugno 2005.

"Sono onorato di essere qui con voi oggi alle vostre lauree in una delle migliori università del mondo. Io non mi sono mai laureato. Anzi, per dire la verità, questa è la cosa più vicina a una laurea che mi sia mai capitata. Oggi voglio raccontarvi tre storie della mia vita. Tutto qui, niente di eccezionale: solo tre storie.

La prima storia è sull’unire i puntini.


Ho lasciato il Reed College dopo il primo semestre, ma poi ho continuato a frequentare in maniera ufficiosa per altri 18 mesi circa prima di lasciare veramente. Allora, perché ho mollato?

E’ cominciato tutto prima che nascessi. Mia madre biologica era una giovane studentessa di college non sposata, e decise di lasciarmi in adozione. Riteneva con determinazione che avrei dovuto essere adottato da laureati, e fece in modo che tutto fosse organizzato per farmi adottare fin dalla nascita da un avvocato e sua moglie. Però quando arrivai io loro decisero all’ultimo minuto che avrebbero voluto adottare una bambina. Così quelli che poi sono diventati i miei genitori adottivi e che erano in lista d’attesa, ricevettero una chiamata nel bel mezzo della notte che gli diceva: “C’è un bambino, un maschietto, non previsto. Lo volete voi?” Loro risposero: “Certamente”. Più tardi mia madre biologica scoprì che mia madre non si era mai laureata al college e che mio padre non aveva neanche finito il liceo. Rifiutò di firmare le ultime carte per l’adozione. Poi accetto di farlo, mesi dopo, solo quando i miei genitori adottivi promisero formalmente che un giorno io sarei andato al college.

Diciassette anni dopo andai al college. Ma ingenuamente ne scelsi uno altrettanto costoso di Stanford, e tutti i risparmi dei miei genitori finirono per pagarmi l’ammissione e i corsi. Dopo sei mesi, non riuscivo a vederci nessuna vera opportunità. Non avevo idea di quello che avrei voluto fare della mia vita e non vedevo come il college potesse aiutarmi a capirlo. Eppure ero là, che spendevo tutti quei soldi che i miei genitori avevano messo da parte lavorando per tutta la loro vita. Così decisi di mollare e avere fiducia che tutto sarebbe andato bene lo stesso. Era molto difficile all’epoca, ma guardandomi indietro ritengo che sia stata una delle migliori decisioni che abbia mai preso. Nell’attimo che mollai il college, potei anche smettere di seguire i corsi che non mi interessavano e cominciai invece a capitare nelle classi che trovavo più interessanti.

Non è stato tutto rose e fiori, però. Non avevo più una camera nel dormitorio, ed ero costretto a dormire sul pavimento delle camere dei miei amici. Guadagnavo soldi riportando al venditore le bottiglie di Coca cola vuote per avere i cinque centesimi di deposito e poter comprare da mangiare. Una volta la settimana, alla domenica sera, camminavo per sette miglia attraverso la città per avere finalmente un buon pasto al tempio Hare Krishna: l’unico della settimana. Ma tutto quel che ho trovato seguendo la mia curiosità e la mia intuizione è risultato essere senza prezzo, dopo. Vi faccio subito un esempio.

Il Reed College all’epoca offriva probabilmente la miglior formazione del Paese relativamente alla calligrafia. Attraverso tutto il campus ogni poster, ogni etichetta, ogni cartello era scritto a mano con calligrafie meravigliose. Dato che avevo mollato i corsi ufficiali, decisi che avrei seguito la classe di calligrafia per imparare a scrivere così. Fu lì che imparai dei caratteri serif e san serif, della differenza tra gli spazi che dividono le differenti combinazioni di lettere, di che cosa rende grande una stampa tipografica del testo. Fu meraviglioso, in un modo che la scienza non è in grado di offrire, perché era artistico, bello, storico e io ne fui assolutamente affascinato.

Nessuna di queste cose però aveva alcuna speranza di trovare una applicazione pratica nella mia vita. Ma poi, dieci anni dopo, quando ci trovammo a progettare il primo Macintosh, mi tornò tutto utile. E lo utilizzammo tutto per il Mac. E’ stato il primo computer dotato di una meravigliosa capacità tipografica. Se non avessi mai lasciato il college e non avessi poi partecipato a quel singolo corso, il Mac non avrebbe probabilmente mai avuto la possibilità di gestire caratteri differenti o font spaziati in maniera proporzionale. E dato che Windows ha copiato il Mac, è probabile che non ci sarebbe stato nessun personal computer con quelle capacità. Se non avessi mollato il college, non sarei mai riuscito a frequentare quel corso di calligrafia e i persona computer potrebbero non avere quelle stupende capacità di tipografia che invece hanno. Certamente all’epoca in cui ero al college era impossibile unire i puntini guardando il futuro. Ma è diventato molto, molto chiaro dieci anni dopo, quando ho potuto guardare all’indietro.

Di nuovo, non è possibile unire i puntini guardando avanti; potete solo unirli guardandovi all’indietro. Così, dovete aver fiducia che in qualche modo, nel futuro, i puntini si potranno unire. Dovete credere in qualcosa – il vostro ombelico, il destino, la vita, il karma, qualsiasi cosa. Questo tipo di approccio non mi ha mai lasciato a piedi e invece ha sempre fatto la differenza nella mia vita.



La mia seconda storia è a proposito dell’amore e della perdita

Sono stato fortunato: ho trovato molto presto che cosa amo fare nella mia vita. Woz e io abbiamo fondato Apple nel garage della casa dei miei genitori quando avevo appena 20 anni. Abbiamo lavorato duramente e in 10 anni Apple è cresciuta da un’azienda con noi due e un garage in una compagnia da due miliardi di dollari con oltre quattromila dipendenti. L’anno prima avevamo appena realizzato la nostra migliore creazione – il Macintosh – e io avevo appena compiuto 30 anni, e in quel momento sono stato licenziato. Come si fa a venir licenziati dall’azienda che hai creato? Beh, quando Apple era cresciuta avevamo assunto qualcuno che ritenevo avesse molto talento e capacità per guidare l’azienda insieme a me, e per il primo anno le cose sono andate molto bene. Ma poi le nostre visioni del futuro hanno cominciato a divergere e alla fine abbiamo avuto uno scontro. Quando questo successe, il Board dei direttori si schierò dalla sua parte. Quindi, a 30 anni io ero fuori. E in maniera plateale. Quello che era stato il principale scopo della mia vita adulta era andato e io ero devastato da questa cosa.

Non ho saputo davvero cosa fare per alcun imesi. Mi sentivo come se avessi tradito la generazione di imprenditori prima di me – come se avessi lasciato cadere la fiaccola che mi era stata passata. Incontrai David Packard e Bob Noyce e tentai di scusarmi per aver rovinato tutto così malamente. Era stato un fallimento pubblico e io presi anche in considerazione l’ipotesi di scappare via dalla Silicon Valley. Ma qualcosa lentamente cominciò a crescere in me: ancora amavo quello che avevo fatto. L’evolvere degli eventi con Apple non avevano cambiato di un bit questa cosa. Ero stato respinto, ma ero sempre innamorato. E per questo decisi di ricominciare da capo.

Non me ne accorsi allora, ma il fatto di essere stato licenziato da Apple era stata la miglior cosa che mi potesse succedere. La pesantezza del successo era stata rimpiazzata dalla leggerezza di essere di nuovo un debuttante, senza più certezze su niente. Mi liberò dagli impedimenti consentendomi di entrare in uno dei periodi più creatvi della mia vita.

Durante i cinque anni successivi fondai un’azienda chiamata NeXT e poi un’altra azienda, chiamata Pixar, e mi innamorai di una donna meravigliosa che sarebbe diventata mia moglie. Pixar si è rivelata in grado di creare il primo film in animazione digitale, Toy Story, e adesso è lo studio di animazione più di successo al mondo. In un significativo susseguirsi degli eventi, Apple ha comprato NeXT, io sono ritornato ad Apple e la tecnologia sviluppata da NeXT è nel cuore dell’attuale rinascimento di Apple. E Laurene e io abbiamo una meravigliosa famiglia.

Sono sicuro che niente di tutto questo sarebbe successo se non fossi stato licenziato da Apple. E’ stata una medicina molto amara, ma ritengo che fosse necessaria per il paziente. Qualche volta la vita ti colpisce come un mattone in testa. Non perdete la fede, però. Sono convinto che l’unica cosa che mi ha trattenuto dal mollare tutto sia stato l’amore per quello che ho fatto. Dovete trovare quel che amate. E questo vale sia per il vostro lavoro che per i vostri affetti. Il vostro lavoro riempirà una buona parte della vostra vita, e l’unico modo per essere realimente soddisfatti è fare quello che riterrete un buon lavoro. E l’unico modo per fare un buon lavoro è amare quello che fate. Se ancora non l’avete trovato, continuate a cercare. Non accontentatevi. Con tutto il cuore, sono sicuro che capirete quando lo troverete. E, come in tutte le grandi storie, diventerà sempre migliore mano a mano che gli anni passano. Perciò, continuate a cercare sino a che non lo avrete trovato. Non vi accontentate.

La mia terza storia è a proposito della morte

Quando avevo 17 anni lessi una citazione che suonava più o meno così: “Se vivrai ogni giorno come se fosse l’ultimo, sicuramente una volta avrai ragione”. Mi colpì molto e da allora, per gli ultimi 33 anni, mi sono guardato ogni mattina allo specchio chiedendomi: “Se oggi fosse l’ultimo giorno della mia vita, vorrei fare quello che sto per fare oggi?”. E ogni qualvolta la risposta è “no” per troppi giorni di fila, capisco che c’è qualcosa che deve essere cambiato.

Ricordarsi che morirò presto è il più importante strumento che io abbia mai incontrato per fare le grandi scelte della vita. Perché quasi tutte le cose – tutte le aspettative di eternità, tutto l’orgoglio, tutti i timori di essere imbarazzati o di fallire – semplicemente svaniscono di fronte all’idea della morte, lasciando solo quello che c’è di realmente importante. Ricordarsi che dobbiamo morire è il modo migliore che io conosca per evitare di cadere nella trappola di chi pensa che avete qualcosa da perdere. Siete già nudi. Non c’è ragione per non seguire il vostro cuore.

Più o meno un anno fa mi è stato diagnosticato un cancro. Ho fatto la scansione alle sette e mezzo del mattino e questa ha mostrato chiaramente un tumore nel mio pancreas. Non sapevo neanche che cosa fosse un pancreas. I dottori mi dissero che si trattava di un cancro che era quasi sicuramente di tipo incurabile e che sarebbe stato meglio se avessi messo ordine nei miei affari (che è il codice dei dottori per dirti di prepararti a morire). Questo significa prepararsi a dire ai tuoi figli in pochi mesi tutto quello che pensavi avresti avuto ancora dieci anni di tempo per dirglielo. Questo significa essere sicuri che tutto sia stato organizzato in modo tale che per la tua famiglia sia il più semplice possibile. Questo significa prepararsi a dire i tuoi “addio”.

Ho vissuto con il responso di quella diagnosi tutto il giorno. La sera tardi è arrivata la biopsia, cioè il risultato dell’analisi effettuata infilando un endoscopio giù per la mia gola, attraverso lo stomaco sino agli intestini per inserire un ago nel mio pancreas e catturare poche cellule del mio tumore. Ero sotto anestesia ma mia moglie – che era là – mi ha detto che quando i medici hanno visto le cellule sotto il microscopio hanno cominciato a gridare, perché è saltato fuori che si trattava di un cancro al pancreas molto raro e curabile con un intervento chirurgico. Ho fatto l’intervento chirurgico e adesso sto bene.

Questa è stata la volta in cui sono andato più vicino alla morte e spero che sia anche la più vicina per qualche decennio. Essendoci passato attraverso posso parlarvi adesso con un po’ più di cognizione di causa di quando la morte era per me solo un concetto astratto e dirvi:

Nessuno vuole morire. Anche le persone che vogliono andare in paradiso non vogliono morire per andarci. E anche che la morte è la destinazione ultima che tutti abbiamo in comune. Nessuno gli è mai sfuggito. Ed è così come deve essere, perché la Morte è con tutta probabilità la più grande invenzione della Vita. E’ l’agente di cambiamento della Vita. Spazza via il vecchio per far posto al nuovo. Adesso il nuovo siete voi, ma un giorno non troppo lontano diventerete gradualmente il vecchio e sarete spazzati via. Mi dispiace essere così drammatico ma è la pura verità.

Il vostro tempo è limitato, per cui non lo sprecate vivendo la vita di qualcun altro. Non fatevi intrappolare dai dogmi, che vuol dire vivere seguendo i risultati del pensiero di altre persone. Non lasciate che il rumore delle opinioni altrui offuschi la vostra voce interiore. E, cosa più importante di tutte, abbiate il coraggio di seguire il vostro cuore e la vostra intuizione. In qualche modo loro sanno che cosa volete realmente diventare. Tutto il resto è secondario.

Quando ero un ragazzo c’era una incredibile rivista che si chiamava The Whole Earth Catalog, praticamente una delle bibbie della mia generazione. E’ stata creata da Stewart Brand non molto lontano da qui, a Menlo Park, e Stewart ci ha messo dentro tutto il suo tocco poetico. E’ stato alla fine degli anni Sessanta, prima dei personal computer e del desktop publishing, quando tutto era fato con macchine da scrivere, forbici e foto polaroid. E’ stata una specie di Google in formato cartaceo tascabile, 35 anni prima che ci fosse Google: era idealistica e sconvolgente, traboccante di concetti chiari e fantastiche nozioni.

Stewart e il suo gruppo pubblicarono vari numeri di The Whole Earth Catalog e quando arrivarono alla fine del loro percorso, pubblicarono il numero finale. Era più o meno la metà degli anni Settanta e io avevo la vostra età. Nell’ultima pagina del numero finale c’era una fotografia di una strada di campagna di prima mattina, il tipo di strada dove potreste trovarvi a fare l’autostop se siete dei tipi abbastanza avventurosi. Sotto la foto c’erano le parole: “Stay Hungry. Stay Foolish.”, siate affamati, siate folli. Era il loro messaggio di addio. Stay Hungry. Stay Foolish. Io me lo sono sempre augurato per me stesso. E adesso che vi laureate per cominciare una nuova vita, lo auguro a voi.

Stay Hungry. Stay Foolish.

Grazie a tutti."

Esplorando il futuro, senza temere il cambiamento

“Qual è stato e quale presumibilmente sarà il ruolo della fantascienza nello sviluppo della scienza e della tecnologia, particolarmente nell’ambito spaziale?”
Per poter rispondere a questa ambiziosa e complessa domanda, si dovrebbe logicamente dare prima risposta a quella, ancor più ambiziosa e complessa: “Che cos’è la fantascienza?”
La fantascienza è innanzi tutto uno stile letterario, i cui confini sono peraltro alquanto controversi, ma ha anche forti influenze sulle industrie televisiva e cinematografica, costituendo quindi un fenomeno mediatico di non trascurabile portata (si pensi al successo della serie televisiva “Star Trek” o della saga cinematografica “Star Wars”).
Ritornando alla domanda iniziale, si farà riferimento a quattro maestri della fantascienza che hanno contribuito, anche attraverso il cinema, a forgiare il nostro immaginario collettivo e la mitologia tecnologica della nostra cultura: Arthur C. Clarke, Isaac Asimov, Philip K. Dick e Fritz Lang.
Questi quattro maestri (i primi tre scrittori, l’ultimo regista) hanno tutti, seppur con stili e punti di vista differenti, delineato futuri possibili nei quali lo spazio costituisce l’“ultima frontiera” e l’esplorazione del cosmo risponde all’anelito umano verso la conoscenza.
Sessantasei anni fa, Arthur C. Clarke, un allora oscuro tecnico radar della RAF, membro della British Interplanetary Society (un’associazione di sognatori appassionati di fantascienza e di voli spaziali), inviò all’editore della rivista inglese Wireless World una lettera intitolata “Peacetime Uses for V2” (“Usi pacifici della V2”). Era il 1945 e l’Inghilterra era appena uscita dal secondo conflitto mondiale, durante il quale i missili tedeschi V2 avevano costituito l’incubo delle popolazioni civili. La lettera anticipava in modo semplice e chiaro la possibilità di utilizzare la tecnologia missilistica per mettere satelliti in orbita intorno alla Terra, già preconizzando satelliti in orbita geostazionaria per applicazioni di telecomunicazione:
“ Vorrei concludere menzionando una possibilità per un futuro più remoto (forse fra cinquanta anni). Un satellite artificiale alla corretta distanza dalla Terra compierebbe una rivoluzione ogni 24 ore, rimarrebbe cioè stazionario sopra la stessa posizione ed in grado di coprire quasi metà della superficie terrestre. Tre stazioni ripetitrici a bordo di rispettivi satelliti, spaziate di 120 gradi sulla corretta orbita, potrebbero quindi distribuire televisione e comunicazioni a frequenze microonde all’intero pianeta.”
Queste poche righe possono oggi sembrarci ovvie e banali. Vale la pena riflettere, tuttavia, sul fatto che esse furono scritte tredici anni prima del lancio del primo satellite artificiale, Sputnik 1.
In seguito Clarke scrisse un articolo molto più dettagliato che intitolò “The Future of World Communications”. L’editore di Wireless World lo pubblicò nel numero di ottobre 1945 cambiandone il titolo in “Extra-Terrestrial Relays”. Tutto il resto, si potrebbe dire, è storia. Ai nostri giorni, ci sono più di 300 satelliti operativi in orbita geostazionaria ed i loro servizi pervadono la nostra vita quotidiana, dalle telecomunicazioni digitali alle previsioni meteorologiche ed alle trasmissioni televisive.
C’è quanto basta per rendere un uomo famoso ed iscriverlo nel libro della Storia. Arthur C. Clarke, tuttavia, oltre a tante opere letterarie e di divulgazione scientifica, rimarrà anche famoso per averci regalato, insieme ad un altro genio, il regista Stanley Kubrik, un sogno sul futuro dell’umanità che fa ormai parte del nostro immaginario collettivo: quello descritto nel film “2001: odissea nello spazio”.
C’è un altro riconoscimento che ancora non è stato ufficialmente riconosciuto a Sir Arthur C. Clarke: quello di inventore “ante litteram” di Internet e del World Wide Web (Tim Berners-Lee non ci voglia alcun male). Come recentemente sostenuto dallo stesso Clarke in una lettera ad una rivista dello IEEE (“Institute of Electrical and Electronic Engineers”) e modestamente fatto notare da chi scrive alcuni anni prima, nell’ormai lontano 1963 egli pubblicò un racconto breve intitolato “Chiamata per l’homo sapiens” (“Dial F for Frankstein”, nella versione originale inglese). In questo scritto Clarke paventava, con intuizione quasi visionaria, un non lontano futuro nel quale per la prima volta tutti i calcolatori del mondo sarebbero stati connessi tra loro attraverso la rete telefonica; si sarebbe così venuta a creare un’enorme mente artificiale planetaria, che non avrebbe tardato a dare dimostrazione dei suoi poteri.
L’incubo futuristico di Clarke si è realizzato ai nostri giorni, attraverso Internet ed il World Wide Web, anche se in forme e modalità imprevedibili, trascendenti anche la più fervida immaginazione.
Un’ultima, sorprendente scoperta è emersa recentemente dall’epistolario di Arthur Clarke: nel 1956, in una lettera scritta ad un amico, preconizzava un sistema di radionavigazione globale basato su una costellazione di satelliti in orbita. Si può quindi affermare che egli predisse anche i sistemi globali di navigazione satellitare, quali GPS, Glonass e Galileo.
Con uno stile letterario differente da quello di Clarke, ma sempre improntato ad una stretta aderenza a criteri di credibilità tecnologica e scientifica, Isaac Asimov, altro grande maestro della fantascienza, ci ha donato saghe indimenticabili, sia per la loro grandiosità che per la loro acuta preveggenza, quali il ciclo della Fondazione e quello dei Robot. Le ormai universalmente famose “Tre leggi della robotica”, da lui formulate insieme a John Campbell nel 1940, costituiscono un primo tentativo di immaginare un futuro nel quale l’Umanità dovrà saper convivere con i prodotti, sempre più sofisticati, della propria stessa tecnologia.
Autore controverso e spesso contraddittorio (ma sempre geniale), Philip K. Dick ha concentrato la propria opera letteraria sugli impatti culturali e sociologici che la tecnologia avrà nei nostri possibili futuri. La trasposizione cinematografica delle sue opere, per lo più postuma, si è rivelata un grande successo commerciale ed alcuni film sono degli autentici capolavori (primo fra tutti “Blade Runner”, che contende a “2001: Odissea nello spazio” il posto di miglior film di fantascienza mai prodotto). Il tema delle opere di Dick, sempre soffuso di un più o meno marcato pessimismo, è quello della realtà, che il progresso tecnologico rende sempre più complessa ed in rapida evoluzione, mentre la nostra comprensione di essa diventa, parallelamente, sempre più difficile e non univoca.
Perché infine includere Fritz Lang, un grande regista del cinema muto, fra i maestri della fantascienza? Non solo per il suo notissimo capolavoro “Metropolis”, ma anche e soprattutto per il meno noto film muto “Frau Im Mond” (“Donna sulla Luna”). Questo film è unanimemente considerato il primo "serio" film di fantascienza ed ha di sicuro ispirato Wernher von Braun durante tutte le sue ricerche, fino allo sbarco dell'uomo sulla Luna.
"Frau Im Mond” fu girato da Lang nel 1929 con la consulenza di Hermann Oberth, uno dei padri della missilistica e dell'astronautica, che fu proprio il maestro (poi capo e collaboratore) di von Braun.
Il film introdusse per la prima volta l'idea del "conto alla rovescia"("count-down") durante il lancio di un razzo. L'idea, introdotta per creare la necessaria atmosfera drammatica al momento del lancio, fu poi adottata nella realta' e fa ormai parte dell'immaginario collettivo legato alle imprese spaziali.
Il film prospettava inoltre per la prima volta l'utilizzo di propellente liquido ed il concetto di razzo a due stadi. Mostrava poi con sufficiente realismo gli effetti dell'assenza di gravita' a bordo di una navicella spaziale.
Alla luce degli autori appena citati, è evidente che la fantascienza odierna è andata ben oltre lo spirito illuminista e positivista dei romanzi scientifici, peraltro indimenticabili, di Jules Verne.
Oggi la fantascienza si pone di fronte alla tecnologia con un atteggiamento misto di aspettativa e timore.
Quando si dice che le tecnologie, particolarmente quelle dell’informazione e della comunicazione, stanno cambiando in modo radicale ed irreversibile la nostra società, si attesta un fenomeno che è sotto gli occhi di tutti.
Ci sono fattori obiettivi che fanno di questa nostra svolta epocale un “unicum”: la portata veramente globale delle trasformazioni in atto e la circostanza che per la prima volta nella storia questo cambiamento abbia una così stretta ed intima relazione con la conoscenza umana, in tutte le sue forme.
La portata globale dei fenomeni umani comporta inoltre una drastica contrazione dei tempi. E’ come se la scala dei tempi della nostra esistenza abbia cambiato unità di misura, come se ciò che prima avveniva in anni avvenga ora nel giro di mesi o addirittura giorni. Questo fenomeno è reso probabilmente più visibile dal parallelo allungamento della vita media degli individui.
Si sperimenta quella che viene definita come “un’accelerazione della storia” ed è necessario chiedersi quanto, a queste modificazioni delle strutture politiche, economiche e sociali, corrisponda una parallela evoluzione della capacità della mente umana di adattarsi ad esse.
L’aspetto profetico, la facoltà di prevedere il futuribile (futuro possibile), non è il contributo più importante della fantascienza. Come lo stesso Asimov afferma:

“Ciò che è invece importante, addirittura decisivo nella fantascienza, è l’elemento stesso che ne ha determinato la nascita: l’intuizione di come la tecnologia generi cambiamento.”

Da questo punto di vista, la fantascienza ci invita a pensare in modo strategico (se ne dovrebbe consigliare la lettura agli uomini politici, non solo italiani), ad affrontare la realtà con approccio sistemico.
La sfida che ci attende è quella di riuscire a far convivere i valori della Tradizione, cioè i valori archetipici (spirituali, culturali, artistici) dell’essere umano con la realtà di un futuro in continuo e radicale cambiamento, sotto la spinta incalzante del progresso tecnologico.
La fantascienza ci ricorda, in ultima analisi, che il futuro ci appartiene, è in larga parte nelle nostre mani: noi lo forgiamo con le nostre azioni (con le nostre idee, direbbe John Maynard Keynes) e possiamo tendere ad un paradiso di conoscenza, benessere e giustizia sociale o ad un inferno di appiattimento materialistico, distruzione dell’ambiente e totalitarismo globale.
Da ultimo, ma non meno importante, rimane alla fantascienza il suo ruolo di generatrice di miti, la sua azione mitopoietica. Mentre una volta poeti e cantori collocavano le loro storie in un passato inaccessibile, oscuro ed allo stesso tempo favoloso, gli odierni poeti dell’immagine televisiva ed i cantori del cinema contemporaneo pongono le loro storie in un ugualmente inaccessibile futuro, promettente ma anche foriero di incertezze e timori.
Il progresso tecnologico ha pertanto spostato il centro di gravità del nostro immaginario collettivo dal passato al futuro. E non a caso, come nel passato l’anelito tutto umano verso l’avventura e l’ignoto ispirava Omero a narrare le peripezie dei reduci dalla guerra di Troia, oggi l’Odissea è nello spazio ed Ulisse è un astronauta.

Sputnik-1 e la nascita della navigazione spaziale

4 ottobre 1957: alle ore 19.28:34 GMT un razzo russo si staccava da una rampa di lancio nel cosmodromo di Baikonour.
5 minuti e 24 secondi dopo, Sputnik 1 si separò dallo stadio finale per diventare il primo satellite artificiale della Terra.
L’Era Spaziale era cominciata.



1. Introduzione
La tecnologia spaziale è entrata talmente nel nostro vivere quotidiano (dalle parabole per la ricezione della televisione satellitare ai navigatori satellitari ormai presenti in molte delle nostre autovetture) che ci siamo completamente assuefatti ad essa: non ci sorprende più, non fa notizia. E ci dimentichiamo che, se oggi diamo per scontati i viaggi su Marte e le foto da satellite su Internet, questo lo dobbiamo all’entusiasmo ed all’ingegno di migliaia di tecnici, ingegneri e scienziati.
Nel giro di una dozzina di anni, dal 1957 al 1969, si ebbe, pur se sotto la sferza di una competizione ideologica e politica senza quartiere, un’evoluzione tecnica e scientifica senza precedenti, dei cui positivi risultati ancora ci avvantaggiamo a distanza di mezzo secolo. Fino al 4 ottobre 1957 l’umanità non era riuscita ad allontanarsi più di cento chilometri dalla superficie del pianeta; meno di dodici anni dopo, il primo uomo posava il piede sul suolo della Luna.
Ed al di là delle strategie politiche e militari dei loro governanti, tecnici, ingegneri, scienziati e, successivamente, astronauti, furono animati da quello stesso spirito che spinse nel 1492 un navigatore geniale ed intrepido ad affrontare le acque dell’oceano alla ricerca di un continente sconosciuto.

2. Una competizione “scientifica”
Tutto cominciò apparentemente come una competizione scientifica: nell’agosto del 1955 alcuni scienziati sovietici, durante un congresso astronomico internazionale a Copenhagen, avevano annunciato che durante l’Anno Geofisico Internazionale (la cui durata era stato fissata in effetti dal primo luglio 1957 al 31 dicembre 1958, in corrispondenza del massimo di attività del ciclo undecennale del Sole) l’Unione Sovietica avrebbe lanciato un manufatto umano in orbita intorno alla Terra. Neanche a farlo apposta, il presidente americano aveva rilasciato un’analoga dichiarazione qualche giorno prima (il programma del primo satellite americano si sarebbe poi chiamato Vanguard).
I sovietici si stavano di fatto preparando già da alcuni anni. Nel 1951 infatti era cominciato il programma per sviluppare lanciatori in grado tanto di mettere un satellite artificiale in orbita quanto di spedire una bomba atomica in un altro continente. Il gruppo di tecnici ed ingegneri russi era diretto da Sergey P. Korolev, la cui identità fu rivelata al pubblico ed alla storia solo dopo la sua morte, avvenuta nel 1966 (Korolev è anche noto per aver concepito il lanciatore Soyuz, cavallo di battaglia delle missioni spaziali russe, tuttora in uso).



Nel 1954 il primo missile balistico intercontinentale sovietico, “Raketa-7” o “R-7”, era pronto (“Raketa” in russo significa appunto missile).
Il Raketa-7 non era un razzo multistadio, ma aveva quattro “booster” laterali, montati intorno ad un motore centrale. Tutti e cinque i motori erano a propellente liquido. Il Raketa-7 utilizzato per lo Sputnik-1 era alto poco più di 27 metri ed il suo peso al lancio era di 280 tonnellate.

In memoria del prof. Leschiutta, l'uomo dell'ora esatta

Un ricordo affettuoso e riconoscente al professore ingegnere Sigfrido Leschiutta, recentemente scomparso all'età di 78 anni, dopo una lunga malattia.

Gli amici lo chiamavano affettuosamente “l’uomo del tempo”, “il signore dell’ora esatta”, perché, per decenni, è stato presidente dell’Istituto elettronico nazionale “Galileo Ferraris” di Torino dal quale quotidianamente parte il segnale orario a cui si adeguano tutti gli orologi d’Italia.

Figlio di Gian Ernesto Leschiutta, un friulano tenace che si era fatto da sé (emigrato ragazzo senza arte né parte, aveva poi conseguito quattro lauree, diventando alto dirigente ministeriale) Sigfrido Leschiutta era arrivato giovanissimo a Torino, laureandosi al Politecnico, dove ha poi insegnato dal 1962 al 2007 tenendo corsi su misure radioelettriche e sistemi di trasmissione e telemisure. E’ noto nel mondo scientifico per aver verificato la relatività generale di Einstein, confrontando il comportamento di due orologi atomici, uno collocato a Torino, il secondo in alta montagna. La relatività prevede che dove il campo gravitazionale è minore, gli orologi accelerino: l’esperimento confermò puntualmente questa tesi, fermamente sostenuta da Leschiutta.

Il prof. Leschiutta ha contribuito notevolmente alla formazione in Italia di una cultura ingegneristica sui sistemi di navigazione, in particolare quelli basati su satelliti. Da ricordare, ad esempio, il corso di formazione sui sistemi di navigazione da lui tenuto in Alenia Spazio, alla fine degli anni '90.

Quando i primi due satelliti della costellazione Galileo saranno lanciati, probabilmente alla fine del 2011, dovremo ricordarci di questa grande figura di ingegnere, scienziato ed educatore e ringraziarlo per quanto ci ha lasciato.

Era un uomo che aveva mille interessi, mille passioni, a partire da quella della musica. Inventava strumenti, collezionava vecchie radio (ne aveva un centinaio). In quanto amatore della radio e dell'elettronica in generale, non disdegnava freqeuntare i mercatini per radioamatori, come si vede nella foto seguente.

Pope Benedict XVI Greets International Space Station Crew

It's all about time

(the fourth dimension in technology, systems, projects and our everyday life)



Last year I had the opportunity and privilege to meet one exceptional man, one of those men that really make the history of technology: Dr. Truchard (the mythic Dr. “T”), co-founder and present president and CEO of National Instruments. It was during the event that National Instruments organizes every year in Austin, the so-called NI Week.

Dr. Truchard's speech focus as well as the convention leitmotiv were all about time: time synchronization and real-time systems, time for developing software, time for fast-prototyping, time for innovation and creativity.

Time, the fourth dimension, is becoming ever more important in all aspects of technology and science.
The provision of an accurate time reference is a strategic asset on which most disparate applications depend upon, from financial transactions to broadband communications, from satellite navigation systems to Big Physics.

In a world increasingly dependent on precise measurements, time is soon to become the ultimate unit of reference. In the International System of Units, the second is presently defined as the duration of 9,192,631,770 periods of a phenomenon called microwave transition in an atom of cesium-133. The meter, once the length of a platinum-iridium bar stored in the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) in Sèvres, is, since 1983, defined as the path traveled by light in vacuum in 1/299,792,458 of a second, so it is a unit derived from time.

The world regulates clocks and time by a time standard, the Coordinated Universal Time (UTC), which is itself based on the International Atomic Time (TAI). Few people know that an essential contributor to TAI, and so to UTC, is GPS, the American satellite-based navigation system. Soon, however, with the full deployment of Galileo, Europe will become a key contributor to UTC and will be able to broadcast its very accurate time standard to the world.

Time is more and more important also in large systems, especially network-centric systems. These systems rely upon a real-time diffusion of information on a geographically distributed architecture. But time is also the dimension through which technology evolves (as, e.g., per the Moore's law) and obsolescence spreads. Maintenance and refurbishment of obsolete parts are essential aspects in the operational life of a system, and they both deal with time.

Time is finally one of the key objectives of project management, together with cost and performance. While the market asks for new projects, bringing innovative technologies and services to users, to get timely (and successfully) concluded, in reality delays, with associated cost over-run, and failures affect a scaringly high percentage of them.

It is sometimes discouraging to perceive that politicians, managers and engineers are loosing the sense of urgency for keeping projects on schedule and for concluding them on time. More than two thousands years ago, Caesar, facing the need to build, for the first time in hystory, a bridge across the river Rhine, wrote in his “Commentaries on the Gallic War”: “Caesar thought it expedient for him to cross the Rhine (…). He devised this plan of a bridge (...). Within ten days after the timber began to be collected, the whole work was completed, and the whole army led over.”. Much closer to our times, on May 25, 1961, President John F. Kennedy stated in his historic speech to Congress: “I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth.” And on July 20 1969, less than ten years later, the promise was mantained.

And this brings us to the general questions about the importance of time in our own lives. How huge is the amount of time that we waist for trivial and non essential tasks? How could a better management of our time gain us more room for creativity, social relations and pursue of happiness? As you can see, it is not only how much time we can save by better managing our lives, but about the quality of our time and whether it is used to “be” or just to “have”.

In the last decades mankind became increasingly concerned about non-renewable resources, that is resources often existing in a fixed amount and being consumed much faster than nature can create them (e.g fossil fuels, such as coal, petroleum and natural gas). The fact of the matter is, the only truly non-renewable resource we have is time: when it is gone, it is gone forever. So, let us make our lives sustainable, let us care of our most precious asset, our most valuable resource.

“Tempus breve est”, time is short, wrote St. Paul to the Corinthians (2 Cor 5:14). But it is up to us, to our wisdom and professionalism, to have enough time for our realizations, our projects, our lives.

Benjamin Franklin wrote: "If you want to enjoy one of the greatest luxuries in life, the luxury of having enough time, time to rest, time to think things through, time to get things done and know you have done them to the best of your ability, remember, there is only one way. Take enough time to think and plan things in the order of their importance. Your life will take on a new zest, you will add years to your life, and more life to your years. Let all your things have their place."

It is really “time” we do something about it.

Auguri dall'Apollo 8 - Vigilia di Natale del 1968

Come funziona un satellite

Orologi atomici, stazioni campione e tempo universale

Il tempo e la sua misurazione

La determinazione e la misurazione accurata del tempo sono alla base della nostra civiltà tecnologica. I maggiori progressi in questo campo si sono avuti nel secolo scorso, con l’invenzione dell’oscillatore a cristallo di quarzo nel 1920 e dei primi orologi atomici negli anni ’40.
Oggigiorno la misura del tempo è di gran lunga la più accurata fra le misure delle altre grandezze fisiche fondamentali. La stessa unità di misura delle lunghezze, una volta basata sul “mitico” metro campione di Platino-Iridio conservato a Parigi, è stata internazionalmente ridefinita nel 1983 come “la lunghezza del percorso coperto dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo pari a 1/299792458 di secondo”.
La storia della misura del tempo è in realtà vecchia quanto la storia della civiltà umana. Già nel 3500 avanti Cristo gli antichi egizi inventarono la meridiana solare ed eressero in tutto il loro paese obelischi in pietra che avevano lo scopo primario di segnare con la loro ombra il movimento del sole e, quindi, lo scorrere del tempo.
Maya ed Aztechi, nell’America precolombiana, svilupparono calendari accurati basati su complesse osservazioni astronomiche. E nell’Inghilterra preistorica, il monumento megalitico di Stonehenge sembra essere stato un sofisticato osservatorio astronomico per determinare la durata delle stagioni e la data degli equinozi.
Una pietra miliare nella storia della misura del tempo fu, in tempi più recenti, la scoperta di Galileo, nel 1583, della costanza del periodo di oscillazione del pendolo, sulla quale si basano tutti gli orologi meccanici. Nel 1656 Christiaan Huygens, matematico, astronomo e fisico olandese (famoso fra l’altro per aver definito il principio sulla diffrazione che porta il suo nome), progettò il primo orologio a pendolo con carica a peso, che scartava di ben dieci minuti al giorno.
Ma il maggiore impulso allo sviluppo di tecniche sempre più accurate per misurare il tempo derivò dalla necessità di determinare la propria posizione (in particolare la longitudine) a bordo di una nave in mare aperto. Mentre per determinare la propria latitudine era sufficiente un sestante con il quale determinare l’altezza del sole a mezzogiorno, la determinazione della longitudine, a causa della rotazione terrestre, richiedeva l’uso sia del sestante che di un orologio molto preciso. Proprio la mancanza di orologi sufficientemente accurati creò innumerevoli problemi (a volte, dei veri e propri disastri) ai naviganti del XV e XVI secolo.
Il problema divenne così serio che nel XVII secolo gli inglesi formarono un gruppo di noti scienziati per studiarne la soluzione. Il gruppo offrì ventimila sterline, equivalenti a due milioni di dollari di oggi, a chiunque potesse trovare il modo di determinare la longitudine di una nave in mare aperto con un’accuratezza di trenta miglia nautiche.
La trovata ebbe successo. Nel 1761, infatti, un artigiano inglese di nome John Harrison costruì uno speciale orologio meccanico da imbarcare a bordo delle navi, chiamato cronometro marino, in grado di perdere o guadagnare non più di un secondo al giorno (un’accuratezza incredibile per quel tempo) (figura 1).
E fu proprio grazie ad una copia del cronometro di Harrison che il capitano James Cook compì le sue leggendarie esplorazioni della Polinesia e delle isole del Pacifico.

L’unità di misura del tempo

Il secondo (simbolo s) è l’unità di misura ufficiale del tempo nel Sistema Internazionale di Unità (SI). Il suo nome deriva semplicemente dall’essere la seconda divisione dell’ora, mentre il minuto ne è la prima. Il secondo era originariamente definito come la 86400-esima parte del giorno solare medio, cioè della media sulla base di un anno del giorno solare, inteso come intervallo di tempo che intercorre tra due successivi passaggi del Sole sullo stesso meridiano.
Nel 1884 fu ufficialmente stabilito come standard di tempo a livello internazionale il Greenwich Mean Time (GMT), definito come il tempo solare medio al meridiano che passa per l’Osservatorio Reale di Greenwich (Inghilterra).
Dal GMT si calcola il tempo in ciascuna delle 24 zone (fusi orari) nelle quali è stata suddivisa la superficie terrestre. Il tempo diminuisce di un’ora per ciascuna zona ad ovest di Greenwich, aumenta di un’ora andando verso est. Il tempo GMT viene anche definito come tempo “Z”, o, nell’alfabeto fonetico, tempo “zulu” (“zulu time”).
Lo standard di tempo alla base della definizione di GMT fu mantenuto finché gli astronomi non scoprirono che il giorno solare medio non era in realtà costante, a causa del lento (ma continuo) rallentamento della rotazione della Terra intorno al suo asse. Questo fenomeno è essenzialmente legato all’azione frenante delle maree. Si decise allora di riferire il giorno solare medio ad una specifica data, quella del 1° gennaio 1900. Questa soluzione era assai poco pratica, visto che non è possibile tornare indietro nel tempo e misurare la durata di quel particolare giorno.
Nel 1967 è stata proposta una nuova definizione del secondo, basata sul moto di precessione dell’isotopo 133 del Cesio. Il secondo è ora definito come intervallo di tempo pari a 9192631770 cicli della vibrazione dell’atomo di Cesio 133. Questa definizione permette agli scienziati ovunque nel mondo di ricostruire la durata del secondo con uguale precisione. Il primo orologio atomico fu sviluppato nel 1949 ed era basato su una linea di assorbimento della molecola di ammoniaca. L’orologio al Cesio, sviluppato presso il “mitico” NIST (National Institute of Standars and Technology) di Boulder, in Colorado, è in grado di segnare il tempo con un’accuratezza migliore di un secondo in sei milioni di anni. E’ stata proprio l’estrema accuratezza degli orologi atomici a far adottare il tempo atomico come riferimento ufficiale a livello mondiale. Si è però indirettamente generato un nuovo problema: quello della discrepanza fra riferimento internazionale di tempo, basato come detto sugli orologi atomici, e tempo solare medio. Un anno solare medio aumenta di circa 0,8 secondi per ogni secolo (cioè circa un’ora ogni 450000 anni). Di conseguenza, il tempo universale accumula un ritardo di circa 1 secondo ogni 500 giorni rispetto al tempo atomico internazionale. Questo significa che i nostri lontani pronipoti, in un futuro lontano appena 50 mila anni da oggi, leggerebbero sui loro orologi atomici “mezzogiorno”, pur trovandosi in realtà nel bel mezzo della notte. Per ovviare a questo ed a molti altri più seri inconvenienti, si è introdotto, nel 1972, il concetto di Universal Coordinated Time (UTC), che ha definitivamente sostituito il tempo GMT.
Nel breve periodo, il tempo UTC è essenzialmente coincidente con il tempo atomico (detto Tempo Atomico Internazionale, o TAI); quando la differenza fra UTC e TAI si avvicina ad un secondo (ciò avviene circa ogni 500 giorni), viene artificialmente inserito (cioè, a seconda dei casi, sottratto o aggiunto) nel tempo UTC un secondo fittizio, detto “leap second” (“leap” in inglese vuol dire “salto”). In questo modo le due scale di tempo, TAI ed UTC, vengono mantenute entro una discrepanza massima di 0,9 secondi.
In conclusione, il tempo UTC, definito dallo storico Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) di Sevres (Parigi), è dal 1972 la base legale della misura del tempo a livello mondiale. Esso viene derivato dal TAI, dal quale differisce solamente per un numero intero di secondi (al momento 32). Il TAI è a sua volta calcolato dal BIPM a partire dai dati di più di 200 orologi atomici situati negli istituti di metrologia di più di 30 paesi (uno di essi, in Italia, è il prestigioso Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris di Torino, ora INRIM, Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica).

(continua)

SETI@home: un sito Internet per la ricerca dell’intelligenza extraterrestre

SETI è l’acronimo dell’espressione inglese “Search for Extra Terrestrial Intelligence”, cioè ricerca dell’intelligenza extraterrestre. E’ anche il nome ufficiale di un programma scientifico che impegna ricercatori e radioastronomi in tutto il mondo, reso popolare dal film Contact, interpretato dall’attrice Jodie Foster e tratto dall’omonimo libro del defunto scienziato della NASA Carl Sagan (figura 1).



Figura 1: l’attrice Jodie Foster nel ruolo di ricercatrice SETI nel film “Contact”

Il programma SETI vuole rispondere alla domanda: “Esiste vita intelligente fuori della Terra? Siamo o no soli nell’Universo?”. I ricercatori del SETI utilizzano vari metodi, il più popolare dei quali è tuttavia l’ascolto sistematico dei segnali radio provenienti dalle stelle, alla ricerca di un segnale che sia artificiale, cioè generato da una qualche forma d’intelligenza extraterrestre. Nessuno sa per certo se esistano altre forme di vita intelligente nell’Universo, ma è molto probabile tuttavia che esse userebbero le onde radio per mettersi in contatto con noi.
Per ascoltare le stelle si utilizzano i radiotelescopi, come quello di Arecibo, in Puerto Rico (figura 2). Con i suoi 300 metri di diametro, è il più grande esistente al mondo.



Figura 2: il radiotelescopio di Arecibo

La mole di dati da analizzare è tuttavia enorme, tale che nemmeno il più potente computer al mondo sarebbe sufficiente a svolgere tutte le operazioni richieste. Si è allora pensato di utilizzare migliaia di computer più piccoli, che lavorano in parallelo analizzando ciascuno una piccola porzione dei dati raccolti. Queste migliaia di computer sono di fatto disponibili, sparsi per il mondo, in ciascuna delle nostre case: non è forse vero che per buona parte del loro tempo i nostri PC restano inutilizzati, magari “girando” pittoreschi quanto inutili salvaschermo?
Il progetto SETI@home, promosso dai ricercatori dell’Università di Berkeley, in California, ci chiede in prestito i nostri computer, che altrimenti consumerebbero corrente inutilmente, solo per il tempo durante il quale non li stiamo utilizzando. In pratica si tratta di far girare, al posto di un tradizionale “screensaver”, un programma “ad hoc”, dalla grafica molto accattivante, che parte automaticamente nei tempi morti del PC, salvo ritirarsi discretamente e in buon ordine quando torniamo ad operarlo. I dati da analizzare sono scaricati da Internet ed i risultati delle analisi vengono periodicamente rinviati al sito di provenienza (figura 3).



Figura 3: una tipica schermata dello “screensaver” SETI@home

Niente paura: il programma SETI@home si connette ad Internet solo per trasferire dati e ciò accade molto saltuariamente (per esempio, una volta alla settimana) e per un tempo molto breve (tipicamente 5 minuti); inoltre, chiede il permesso dell’operatore prima di connettersi.
L’idea è molto arguta e veramente affascinante: permette infatti a tutti gli appassionati della radio, BCL,SWL e radioamatori, di partecipare, nel loro piccolo, ad un’impresa scientifica di grande valore. Non c’è nemmeno bisogno dell’antenna e del ricevitore (in realtà si utilizzano antenna e ricevitori dell’osservatorio di Arecibo, e scusate se non è poco): bastano un computer ed una connessione ad Internet.
Per i collezionisti di diplomi, vale anche la pena di citare la possibilità di ottenerne uno dalla Planetary Society, associazione internazionale di appassionati dell’esplorazione spaziale, che supporta le attività del SETI Institute (figura 4).



Figura 4: il certificato di supporto al SETI@home della Planetary Society

Ma entriamo un po’ più nel dettaglio del software che andremo ad installare sul nostro PC. Si tratta in realtà di un programma molto sofisticato di Digital Signal Processing (DSP), cioè di processamento digitale dei segnali. Esso opera, al pari di un analizzatore di spettro, un’analisi spettrale molto accurata del segnale ricevuto, basata su un algoritmo chiamato Fast Fourier Transform (FFT), o trasformata di Fourier discreta.
Nella ricerca dei segnali SETI si fanno alcune assunzioni fondamentali. La prima è che il segnale sarà ricevuto ad una frequenza prossima ai 1420 MHz (21 centimetri). Questa è la frequenza corrispondente alla linea spettrale dell’idrogeno atomico, il più comune elemento dell’Universo, e pertanto un probabile punto di riferimento per specie aliene intelligenti. Pochi forse sanno che questa teoria fu proposta per la prima volta da un italiano, il fisico e ricercatore Giuseppe Cocconi (figura 5), che nel 1959 scrisse insieme a Philip Morrison un articolo sull’argomento (“Searching for interstellar communications”, cioè “Alla ricerca di comunicazioni interstellari”), pubblicato dalla prestigiosa rivista scientifica Nature.



Figura 5: il fisico italiano Giuseppe Cocconi, padre del SETI

La seconda ipotesi è che il segnale occupi una banda di frequenza molto stretta, per meglio concentrare la potenza trasmessa e meglio distinguersi da altri segnali cosmici di origine naturale (che sono invece tipicamente a banda larga). L’ultima ipotesi assume che il segnale passi da un livello minimo ad un massimo e decresca quindi di nuovo nel giro di circa 12 secondi: questo andamento “a campana” (o gaussiano) dell’andamento della potenza in funzione del tempo è dovuto all’effetto combinato della rotazione terrestre e della larghezza del fascio in ricezione del radiotelescopio di Arecibo (figura 6).



Figura 6: l’andamento “a campana” del segnale

Si è appena affermato che il padre della ricerca di segnali radio provenienti da civiltà extra terrestri è considerato il fisico italiano Cocconi. In realtà anche ad un altro, ben più famoso, italiano può esserne attribuita la paternità: Guglielmo Marconi.
Marconi era convinto di aver ricevuto, nel corso dei suoi esperimenti con la radio, segnali elettromagnetici di provenienza extraterrestre. Il 2 settembre 1921 l'autorevole New York Times riportò addirittura, con grossi titoli in prima pagina, che egli avrebbe captato alcuni misteriosi segnali provenienti da Marte, il tuttora inesplorato Pianeta Rosso.
Ma la geniale preveggenza di Marconi si evince anche dalle sue affermazioni: “I messaggi radiotrasmessi dieci anni fa, non hanno ancora raggiunto alcuna delle stelle più vicine. E quando vi saranno arrivati, perché dovrebbero fermarsi?”.
E perché dovremmo essere la sola razza intelligente in tutta l’immensità dell’Universo? Per rispondere come la protagonista del film “Contact”, “sarebbe uno spreco di spazio”. Il quesito tuttavia rimane aperto e ci guardiamo bene dal prendere una qualunque posizione in proposito. Piuttosto ci piace citare la conclusione dello storico articolo di Cocconi e Morrison, sulla rivista Nature: “La probabilità di successo è difficile da stimare; ma se mai tentiamo, la probabilità di successo è zero”.


Riferimenti:

1. Sito Web SETI@home: http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
2. Sito Web della Planetary Society: http://www.planetary.org
3. Sito Web del SETI Institute: http://www.seti-inst.edu/

Roma non fu costruita in un giorno

In memoria di un "grande" dello spazio italiano: Antonino Simeone

LO “S-METER” E LA SCALA DEI PUNTI “S”

Che cosa è lo “S-Meter” ?

Lo “S-Meter” o “Signal–Strength Meter” è il misuratore del livello o intensità (in inglese “strength”) del segnale ricevuto, presente in quasi tutti i ricetrasmettitori commerciali CB o OM attualmente in commercio. La scala è universalmente divisa in punti o unità S da zero a 9, ed in decibel (da +10 a +40) al di sopra di S9. La differenza di un punto S corrisponde ad un rapporto di 6 dB, pari a quattro volte la potenza del segnale ricevuto.
Sfatiamo subito un mito molto diffuso: la maggior parte degli S-Meter non sono calibrati rispetto a livelli assoluti, e forniscono pertanto una lettura utile solo in termini relativi dell’intensità del segnale ricevuto. Si cerca tuttavia di far corrispondere il centro scala dello strumento, corrispondente all’indicazione S9, con il valore di 50 microV, cioè 50 milionesimi di volt (misurati, come ricorderete, all’ingresso del ricevitore su di un carico di 50 Ohm).
In pratica, è pressochè impossibile che uno “S-meter” mantenga la sua calibrazione, seppure relativa, su tutta l’estensione della scala. Normalmente, infatti, il circuito “S-meter” è connesso alla linea di AGC (“Automatic Gain Control”, cioè controllo automatico di guadagno) del ricevitore ed è ben difficile che il circuito di AGC si mantenga lineare sopra un “range” dinamico tanto esteso: stiamo parlando qui di ben 94 dB (6 per 9 più 40)!
Ricordo ai lettori meno esperti che un rapporto di 94 dB corrisponde ad un rapporto in potenza di uno a più di un miliardo.
Ma allora, questa benedetta scala dei punti “S” non serve proprio a niente?

La scala dei punti “S” e la IARU

Scartabellando le pagine di vari manuali, ho alla fine trovato nell’ottimo “Radio Components Handbook” di Guido Silva, I2EO, (MFJ Publishing Company, Inc.) una parziale risposta alla mia domanda.
Sembrebbe infatti che durante la conferenza della IARU (“international Amateur Radio Union”) tenutasi in Ungheria nel 1978, si sia cercato di fare un po’ d’ordine definendo in modo univoco e non soggettivo la scala dei punti “S”, precedentemente espressa con il codice RST (cioè il 59 di ben nota memoria).
La conferenza decise di confermare il rapporto di 6 dB fra un punto “S” e l’altro, definendo però due diversi valori di calibrazione del punto S9, in funzione della banda di frequenza ricevuta.
Per frequenze inferiori a 30 MHz, il livello S9 dovrebbe corrispondere a un livello in potenza del segnale all’ingresso del ricevitore di –73 dBm (pari a 50 microV su 50 Ohm).
Al di sopra dei 30 MHz, invece, lo stesso livello della scala dovrebbe corrispondere ad un segnale cento volte più basso, cioè -93 dBm (pari a 5microV su 50 Ohm).
Questa distinzione è stata fatta tenendo in considerazione il diverso ruolo che il rumore esterno gioca nelle due bande di frequenza. Su tutte le bande decametriche, infatti, il rumore predominante è quello ricevuto dall’antenna e, di origine naturale o generato dall’uomo che sia, raggiunge livelli molto alti, determinando così di fatto la sensibilità del ricevitore.
A frequenze superiori ai 30 MHz, ed in particolare nelle bande VHF ed UHF, l’incidenza del rumore d’antenna si fa invece trascurabile ed è il rumore internamente generato che determina il livello minimo di segnale ricevibile. A queste frequenze si lavora quindi con livelli di segnale generalmente molto più bassi ed è quindi necessario adattare coerentemente la scala dell’intensità del segnale.
La tabella seguente riporta per comodità dei lettori la scala dei punti “S” con i corrispondenti livelli del segnale in potenza ed in tensione.

Il giovane Dilbert da grande sara' un ingegnere