Il mistero della trappola per topi: di reazioni a catena e sistemi complessi

 

Tradotto da "The Seneca Effect" Lunedì 11 luglio 2022

La "reazione a catena della trappola per topi" dal film Disney del 1957 "Il nostro amico, l'atomo". Un affascinante esperimento che porta una domanda curiosa: perché la trappola per topi è l'unica cosa che puoi acquistare in un negozio di ferramenta che può creare una reazione a catena? Un altro mistero relativo alle trappole per topi è perché, con così tanti esperimenti fatti, finora nessuno aveva provato a effettuare misurazioni per quantificare i risultati? Alla fine, due ricercatori italiani, Ilaria Perissi e Ugo Bardi, hanno riesaminato questo vecchio esperimento, mostrando come possa essere visto come molto più di una rappresentazione di una reazione nucleare, ma come un paradigma del comportamento di sistemi complessi. 

Il film di Walt Disney del 1957, "Il nostro amico l'atomo ", è stato un capolavoro assoluto in termini di diffusione della conoscenza scientifica. Ovviamente è stato sponsorizzato dal governo degli Stati Uniti per promuovere la loro politica energetica che, all'epoca, era basata sul concetto di "atomi per la pace". Quindi, il film era propaganda ma, allo stesso tempo, è sbalorditivo pensare che negli anni '50 il governo degli Stati Uniti stesse facendo uno sforzo per ottenere un consenso informato dai suoi cittadini, invece di limitarsi a spaventarli per indurli alla sottomissione! Le cose cambiano, appunto. Ma possiamo ancora imparare molto da questo vecchio film. 

Quindi, "Il nostro amico, l'atomo " è un'esplorazione di ciò che si sapeva della fisica atomica all'epoca. Le immagini sono sbalorditive, le spiegazioni chiare e la storia è affascinante con un mix di scienza e fantasia, come la storia del genio e del pescatore. Quando ero studente di chimica, mi rimanevano in mente le immagini del film. Ancora oggi, tendo a vedere nella mia mente i protoni come rossi, i neutroni come bianchi e gli elettroni come verdi, come sono stati mostrati nel libro. 

Uno degli elementi affascinanti della storia è stata la reazione a catena realizzata con le trappole per topi. Rimasi talmente colpita da quell'esperimento che ho sempre avuto in mente di rifarlo e, finalmente, l'anno scorso, la mia collega Ilaria Perissi ha accettato di darmi una mano. Insieme, abbiamo costruito la nostra meravigliosa macchina per trappole per topi nuova e migliorata! Abbiamo sfidato i rischi delle palle sibilanti e siamo riusciti a fare i nostri esperimenti con solo lievi danni alle nocche delle dita. E siamo stati i primi, a quanto pare, a effettuare misurazioni quantitative di questo vecchio esperimento. 

Di seguito vedremo i dettagli dei nostri risultati ma, prima, un po' di storia. L'idea della reazione a catena della trappola per topi fu proposta per la prima volta nel 1947 da Richard Sutton (1900-1966). Era un fisico che lavorava all'Haverford College, in Pennsylvania: un insegnante di fisica anticonformista che amava creare dimostrazioni di fenomeni scientifici. E, senza dubbio, l'idea di utilizzare trappole per topi per simulare una reazione nucleare a catena è stata un colpo di genio. Peccato che Sutton non sia menzionato nel film di Disney. 

 

Ecco come Sutton ha proposto l'esperimento: 

Sembra che Sutton abbia effettivamente eseguito la sua dimostrazione davanti ai suoi studenti, anche se non abbiamo immagini o registrazioni. Abbiamo provato a utilizzare la stessa configurazione, ma abbiamo scoperto che i tappi sono troppo leggeri per attivare le trappole e la reazione cessa immediatamente. Funziona solo se le trappole non sono fissate al tavolo e sono lasciate libere di volare in giro. Infatti, Sutton non dice che ha fissato le trappole al tavolo. Il "problema delle trappole volanti " affligge la maggior parte delle configurazioni sperimentali di questo esercizio. Ma se la reazione a catena è generata dalle trappole e non dai tappi/palline, non è più una simulazione di una reazione a catena atomica. 

Dopo che Sutton ha pubblicato la sua idea, eseguire l'esperimento della trappola per topi in pubblico sembra essere diventato di moda. Si può trovare un'altra configurazione nel libro del 1955 di Margaret Hyde: " Atoms today and Tomorrow . " 

Notate come è cambiato l'esperimento, probabilmente a causa dei problemi per farlo funzionare con i tappi. Ora non ci sono più tappi di sughero, ma una biglia viene utilizzata per attivare una trappola, che è collegata ad altre trappole per topi da un "filo pesante". Forse funziona, ma non è quello che aveva proposto Sutton, ed è difficile presentarlo come una simulazione di qualcosa. 

Quindi, nel 1956, i realizzatori della Disney si stavano probabilmente grattando la testa e pensando a come avrebbero potuto far funzionare l'esperimento con la trappola per topi. Alla fine, hanno deciso di utilizzare palline da ping-pong. Potete vedere i risultati nel film: le trappole volano dappertutto. Stesso problema: questo non è ciò che l'esperimento avrebbe dovuto fare. E un motivo c'è: anche in questo caso abbiamo provato a utilizzare la stessa configurazione e abbiamo scoperto che le palline da ping pong sono troppo leggere per far scattare le trappole. Se le trappole sono fissate al tavolo, l'esperimento non funziona. Al massimo, riesci ad attivare un paio di trappole. 

Stranamente, poche persone hanno notato il problema: un'eccezione è stata il fisico nucleare Ivan Oelrich , ma era nel 2010! La maggior parte degli esperimenti di trappole per topi che si possono trovare sul Web (e ce ne sono molti) sono del tipo "trappole volanti". È un problema con la scienza per il pubblico: è spesso appariscente e spettacolare e non significa nulla. 

Abbiamo trovato solo due esperimenti sul Web in cui le trappole sono state fissate alla piastra di supporto, come avrebbero dovuto essere. Ma, anche in questi due casi, non sono state effettuate misurazioni quantitative. Strano, ma c'è questa maledizione con la scienza popolare da disprezzare spesso e, a volte, portare un segno negativo sulla carriera di un fisico. 

Ma non importa. Il vostro "dream team", Ilaria e Ugo, si è impegnato a realizzare l'esperimento nel modo corretto, con trappole fisse, e allo stesso tempo a misurare i parametri dell'esperimento. Il nostro trucco consisteva nell'usare palline di legno relativamente pesanti che potessero innescare bene le trappole. Abbiamo anche ampliato l'area delle linguette metalliche utilizzando dei dischetti di cartone. Quindi, abbiamo utilizzato le fotocamere di telefoni cellulari commerciali per registrare i risultati. 

C'è voluta molta pazienza: non è facile caricare 50 trappole con 100 palline di legno, evitando che si mettano in moto quando non si vuole. Per non parlare di quando la trappola scatta direttamente sulle dita dello sperimentatore. Doloroso, ma non causa di danni permanenti. L'abbiamo fatto in nome della scienza e ha funzionato! Naturalmente, alcuni revisori sono rimasti inorriditi da un articolo che non utilizzava apparecchiature costose e calcoli complicati e misteriosi. Ma, con pazienza, siamo riusciti a vederlo pubblicato su una seria rivista scientifica. 

Mi dovete scusare se sono orgoglioso della nostra idea, ma ho davvero trovato elegante il modo in cui potevamo descrivere i nostri dati con un semplice modello matematico. E come l'installazione della trappola rispecchi non solo la reazione a catena in un'esplosione nucleare, ma anche molti altri fenomeni che divampano e poi si attenuano. Ad esempio, la rete delle trappole può essere vista come un simulatore meccanico della curva di Hubbert, con le trappole come pozzi di petrolio e le sfere come petrolio estratto. Può anche simulare la caccia alle balene, vari casi di sfruttamento eccessivo delle risorse naturali, la diffusione di memi nel cyberspazio e altro ancora. Niente male per un oggetto, la trappola per topi, che era stato sviluppato con un solo scopo: uccidere i topi. 

Concludiamo il nostro articolo su "Systems" con il seguente paragrafo: 

Le trappole per topi sembrano essere l'unico semplice dispositivo meccanico che può essere acquistato in un negozio di ferramenta che può essere utilizzato per creare una reazione a catena. Non sappiamo perché questo fenomeno sia così raro nei negozi di ferramenta, ma le reazioni a catena sono sicuramente comuni nei sistemi adattivi complessi. Riteniamo che i risultati riportati in questo articolo possano essere utili per comprendere tali sistemi e, se non altro, per illustrare come le reazioni a catena possano facilmente andare fuori controllo, non solo in una massa critica di uranio fissile ma anche in dinamiche simili che si verificano nell'ecosistema che vanno sotto il nome di “overshoot” e “oversfruttamento”.

Sì, davvero, perché le trappole per topi sono così eccezionali? Chi l'avrebbe mai detto?

 

Ecco il post che ho pubblicato qualche mese fa su questo argomento. 

L'esperimento con le trappole per topi: modellare la memesfera

 Ripubblicato da "The Seneca Effect" 22 novembre 2021

 Ilaria Perissi con il nostro modello meccanico basato su trappola per topi di una rete completamente connessa. Puoi trovare una descrizione dettagliata del nostro esperimento  su ArXiv

Potreste aver visto l '"esperimento trappola per topi" eseguito come un modo per dimostrare il meccanismo della reazione a catena che ha luogo nelle esplosioni nucleari. Una delle sue prime versioni è apparsa nel film di Walt Disney "Our Friend, the Atom" nel 1957. 

Noi (io e Ilaria Perissi) abbiamo recentemente rifatto l'esperimento con 50 trappole per topi e 100 palline di legno. Ed eccolo qui.

Ma perché preoccuparsi di rifare questo vecchio esperimento (proposto per la prima volta nel 1947)? Uno dei motivi era che  nessuno aveva mai provato una misurazione quantitativa.  Cioè, misurare il numero di trappole innescate e palle volanti in funzione del tempo. Quindi, abbiamo fatto esattamente questo. Abbiamo utilizzato telecamere al rallentatore di telefoni cellulari per misurare i parametri dell'esperimento e abbiamo utilizzato un modello di dinamica del sistema per adattare i dati. Ha funzionato magnificamente. Potete trovare un pre-print dell'articolo su ArXiv.  Come si può vedere nella figura seguente,  i dati sperimentali e il modello vanno ragionevolmente bene insieme. Non è un esperimento sofisticato, ma è la prima volta che viene tentato.

Ma il motivo principale per cui ci siamo impegnati in questo esperimento è che  non si tratta solo di reazioni nucleari. È molto più generale e descrive un tipo di rete chiamata "completamente connessa", ovvero dove tutti i nodi sono collegati a tutti gli altri nodi. Nell'allestimento le trappole sono nodi della rete, le palle sono elementi che innescano la connessione tra i nodi. È un tipo di comunicazione basata su feedback "positivo".

Questo esperimento può descrivere una varietà di sistemi. Immaginiamoci che le trappole siano pozzi di petrolio . Quindi, le palline sono l'energia creata dall'estrazione dell'olio. E puoi usare quell'energia per scavare e sfruttare più pozzi. Il risultato è la curva di Hubbert "a campana", niente di meno!  Lo potete vedere nella figura sopra: è il numero di palline volanti "prodotte" dalle trappole.

Abbiamo trovato questo tipo di curva per una varietà di sistemi socioeconomici, dall'estrazione mineraria alla pesca (per quest'ultima potete vedere il nostro libro (mio e di Ilaria) " Il mare svuotato ". Quindi,  le trappole per topi possono descrivere anche il comportamento della pesca  e hanno qualcosa a che fare con la storia di Moby Dick raccontata da Melville.

Si potrebbe anche dire che  la rete delle trappole per topi è un  olobionte  perché gli olobionti sono reti non gerarchiche di entità che comunicano tra loro. È una specie di olobionte che esiste in natura, ma non è comune. Pensa a uno stormo di uccelli che si nutrono in un campo. Un uccello vede qualcosa di sospetto, vola in alto e in un attimo tutti gli uccelli volano via. Non avevamo uccelli per provare questo esperimento, ma abbiamo trovato una clip sul Web che mostra esattamente questo fenomeno.

È una reazione a catena. Il gregge è dotato di un certo grado di intelligenza. Può elaborare un segnale e agire su di esso.  Nella figura puoi vedere la nostra misurazione del numero di uccelli in volo. È una funzione logistica, l'integrale della curva a campana che descrive le palle volanti negli esperimenti con la trappola per topi

In natura, gli olobionti non sono normalmente completamente connessi.  Le loro connessioni sono a corto raggio e i segnali viaggiano più lentamente attraverso la rete. Viene spesso chiamata "intelligenza dello sciame" e può essere utilizzata per ottimizzare i sistemi. L'intelligenza dello sciame trasmette un segnale, ma non lo amplifica senza controllo, come fa una rete completamente connessa, almeno normalmente. È un buon sistema di controllo: lo usano colonie di batteri e formiche. I nostri cervelli sono molto più complicati: hanno connessioni a corto raggio ma anche a lungo raggio e probabilmente anche connessioni elettromagnetiche collettive. 

Un sistema che è  quasi completamente connesso è il World Wide Web . Immagina che le trappole siano persone mentre le palle sono memi. Quindi quello che stai vedendo con l'esperimento della trappola per topi è un modello di  un meme che sta diventando virale sul Web. Le idee (chiamate anche memi) divampano sul Web quando vengono stimolate è il potere della propaganda che colpisce tutti.

È un sistema intelligente perché può amplificare un segnale. Questo è il modo in cui reagisce a una perturbazione esterna. Potremmo vedere le trappole per topi come un elaborato sistema di rilevamento per le palle vaganti. Ma può solo divampare e poi declinare. Non può essere controllato. 

Questo è il problema del  nostro moderno sistema di propaganda:  è dominato da memie che divampano senza controllo. Gli attori principali di questo flaring sono quei "supernodi" (i Media) che hanno un numero enorme di connessioni a lungo raggio. Ciò può causare molti danni: se il meme che va fuori controllo è un meme malvagio  e implica, ad esempio, andare in guerra contro qualcuno o sterminare qualcuno. È successo e continua a ripetersi finché la memesfera è organizzata così com'è, come una rete completamente connessa. I meme vanno fuori controllo.

Tutto ciò significa  che siamo bloccati con una memesfera completamente incapace di gestire sistemi complessi. Eppure, questo è il modo in cui funziona il sistema. Dipende da queste ondate di segnali fuori controllo che spazzano il web e poi diventano verità accettate. Coloro che gestiscono il sistema di propaganda sono molto bravi a spingere il sistema a sviluppare questo tipo di onde memetiche, di solito a beneficio dei loro datori di lavoro. 

La memesfera può essere riorganizzata in modo più efficace, trasformandola in un buon olobionte? Probabilmente sì. Gli olobionti sono entità evolutive che nessuno ha mai progettato. Sono stati progettati per tentativi ed errori a seguito della scomparsa dell'inadatto. Gli olobionti non si battono per il meglio, si battono per il meno peggio. Può succedere che la stessa pressione evolutiva agisca sulla memesfera umana. 

Il trucco dovrebbe consistere nell'isolare i supernodi (i media) in modo da ridurre la loro influenza malvagia sul Web. Ed ecco, potrebbe accadere: la grande memesfera potrebbe riorganizzarsi nella forma di un olobionte più efficiente e connesso localmente. Non hai sentito  quante persone dicono di non guardare più la TV ? Né aprono i collegamenti ai media sul Web. Questa è esattamente l'idea. Provate e forse iniziereteuna reazione a catena in cui tutti si libereranno della loro TV. E il mondo sarà molto migliore.