Informazione e entropia, il contributo di Shannon

Supponiamo di avere due palline, una bianca e una nera: qualcuno prende una delle due palline e la mette in un cassetto: quale situazione si può verificare quando si apre il cassetto?

Figura 1. Due palline, una bianca e una nera, un cassetto.

Quando apriamo il cassetto potremo trovare una pallina bianca oppure una pallina nera.

E se avessimo due cassetti, per ciascuno dei quali abbiamo a disposizione una coppia di palline (di cui una bianca e l’altra nera)? e se i cassetti fossero tre?

Perturbazioni e onde

Le onde sonore sono una perturbazione delle molecole che compongono l’aria che si propaga come vibrazione da una sorgente a un ricevitore.
La sorgente è un oggetto capace di vibrare, per esempio uno strumento musicale, e il ricevitore può essere la membrana del timpano del nostro orecchio, che viene messa in vibrazione dalle onde sonore che la colpiscono.

Figura 1. Vibrazione delle molecole d'aria investite da un'onda sonora

Se in Figura 1 osserviamo le molecole d’aria soggette a una vibrazione possiamo vedere come, fissato un punto nello spazio, le molecole nel tempo subiscano una compressione che si alterna a una rarefazione, che risulta in una variazione di densità del mezzo.
In pratica, se fossimo in grado di osservare un gruppo di molecole vicine, le vedremmo oscillare in maniera alternata in avanti e indietro lungo la direzione di propagazione della perturbazione.

Onde

Un sasso cade in un lago, una corda viene fatta oscillare, un terremoto scuote la terra, tu mi parli e io ti ascolto, la radio diffonde musica: sono tutti esempi che coinvolgono le onde.

Ma che cosa è un’onda? Le onde sono una perturbazione che si propaga attraverso un mezzo. Le onde sono in grado di trasferire energia senza trasferimento di materia.

Vita e contributo scientifico

Rosalind Franklin nacque a Londra nel 1920 da un’eminente famiglia di origini ebraiche.
Fin da piccola mostrò una spiccata propensione e attitudine verso le materie scientifiche e le scienze naturali. Studiò al Newnham College di Cambridge dove si laureò.
In seguito lavorò alla Cambridge University prima di spostarsi al King’s College di Londra.
Rosalind Franklin è conosciuta in particolare per il suo lavoro sulle figure di diffrazione ai raggi-X del DNA, che portarono alla scoperta della struttura a doppia elica del DNA per cui nel 1962 James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins furono insigniti del Premio Nobel per la medicina.
In seguito Franklin condusse uno dei primi studi sulla struttura molecolare dei virus. Il suo lavoro fu proseguito da alcuni ricercatori del suo gruppo, in particolare da Aaron Klug che ricevette il Premio Nobel per la Chimica nel 1962.
Morì nel 1958 di un tumore alle ovaie all’età di 37 anni, forse in seguito all’esposizione prolungata ai raggi-X.

Movimento e posizione

Per determinare la posizione di un corpo dobbiamo introdurre un sistema di riferimento. consideriamo per esempio il vagone di un treno che si muove lungo un binario dritto, come possiamo descrivere la sua posizione?
Per prima cosa dobbiamo fissare un punto rispetto a cui misurarla, l’origine del sistema di riferimento, quindi misurare la distanza del vagone da questo punto.
In generale per determianre la posizione di un corpo dobbiamo tracciare la retta che congiunge l’origine del sistema di riferimento con il corpo e poi misurare la distanza del corpo dall’origine.

Dal Sole alla Terra

Il Sole, fonte primaria di energia del nostro pianeta, irradia la sua energia nello spazio.
La radiazione elettromagnetica porta con sé luce e calore e costituisce circa il 95% dell’energia che abbiamo disponibile.
Infatti l’energia immagazzinata nei combustibili fossili era un tempo glucosio sintetizzato a partire dalla radiazione solare; l’energia dell’acqua in un bacino di montagna dipende dal ciclo dell’acqua che ha bisogno del calore del Sole per evaporare; le masse d’aria che si muovono generando il vento sono il situltato di strati dell’atmosfera che hanno immagazzinato diverse quantità di calore e così via.
Nel 5% di energia che non dipende dal Sole abbiamo l’energia geotermica che dipende dal calore presente nella crosta terrestre, l’energia dei nuclei di alcune sostanze (energia nucleare), l’energia delle maree che dipendono dalla Luna.

Magnetismo

In fisica il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre ferro e altri elementi metallici.

Le prime manifestazioni del magnetismo

Nel 600 a.C. Talete di Mileto descrive la particolare proprietà di alcune rocce che erano in grado di attrarre pezzi di ferro. Queste rocce si trovavano nella regione dell’antica città di Magnesia, sulle coste dell’attuale Turchia, da cui il nome della roccia, magnetite (Fe₃O₄ è un ossido di ferro), e quello del fenomeno: magnetismo.

La scoperta della radioattività

La radioattività è un fenomeno naturale per cui gli atomi di alcuni elementi (elementi pesanti) emettono per instabilità nucleare particelle alfa (nuclei di elio), particelle beta (elettroni) e raggi gamma (radiazione energetica).

Figura 1. Emissione di particelle alfa, beta e gamma per decadimento radioattivo..

Rontgen e i raggi X

Il fisico tedesco Wilhelm Röntgen nel 1895 stava studiando i raggi catodici, quando osservò un fenomeno mai osservato prima, dovuto a una radiazione incognita.