Gli storni che sfidano Newton: quando la natura fa di testa sua

Devo essere onesto: dopo aver letto questa storia, mi sono sentito come se qualcuno avesse spostato i mobili di casa mia di notte. Tutto sembrava al suo posto, ma qualcosa era cambiato.

Il punto è questo. La terza legge di Newton — ogni azione ha una reazione uguale e contraria — la conosciamo tutti. È quella cosa che ti permette di camminare, che fa andare le macchine, che lancia i razzi nello spazio. Per più di tre secoli è stata una di quelle certezze granitiche su cui poggiava tutto il resto della fisica classica. Roba solida, insomma.

Eppure, un gruppo di ricercatori a Dresda ha scoperto che gli storni sembrano cavarsela benissimo anche senza rispettarla.

Che succede nel cielo?

Quando guardi una murmurazione — quelle coreografie spettacolari che migliaia di uccelli disegnano al tramonto — non stai assistendo a una danza coordinata come pensavamo. Ogni uccello tiene d'occhio solo chi gli sta accanto e leggermente davanti. Chi vola dietro? Inesistente, ai fini pratici.

Da un certo punto di vista ha senso. Guardare avanti ti dice dove sta andando il gruppo. Cosa c'è alle tue spalle, beh, non è più rilevante.

Ma dal punto di vista della fisica, questo crea un bel problema. Se l'Uccello A reagisce all'Uccello B, ma B non reagisce necessariamente ad A, non c'è nessuno scambio alla pari. Niente azione e reazione, solo un flusso di influenza in una direzione.

I fisici chiamano queste "interazioni non reciproche", e non sono rare: compaiono nei batteri, nelle folle, persino nei gruppi di cellule del nostro corpo. Il guaio è che la fisica tradizionale non sapeva come gestirle. Come cercare di fare una frittura con una ricetta per il arrosto.

La soluzione ingegnosa

Il team guidato dal fisico Marín Bukov non si è arreso. Hanno pensato: se la realtà non si adatta ai nostri modelli, creiamoci dei modelli che si adattino alla realtà.

La loro trovata è elegante. Aggiungono "partner fittizi" al sistema — entità matematiche che non esistono in natura ma che rendono le equazioni finalmente gestibili.

Immagina di mettere un uccello immaginario davanti a ogni uccello vero, che si muove nella direzione opposta. Non sono animali, sono solo strumenti. Ma con loro in posizione, improvvisamente puoi applicare tutti i metodi classici della fisica che funzionano solo con interazioni reciproche.

"Come in una conversazione a senso unico tra due persone, aggiungiamo un interlocutore immaginario che permette al sistema di 'funzionare' matematicamente," spiega il biofisico Ricard Alert. "Le interazioni originali non reciproche vengono sostituite da interazioni reciproche con questi gradi di libertà ausiliari."

È un po' come mettere delle rotelle a una bicicletta — ma rotelle che ti permettono di andare dove la bici normale non potrebbe arrivare.

Perché dovrebbe interessarti?

A parte il fatto che mother nature è più furba di quanto pensassimo, questa scoperta ha implicazioni concrete.

Per cominciare, permette di costruire simulazioni molto più accurate di sistemi biologici. Vuoi modellare come si espande una colonia di batteri? Prevedere cosa farà una folla a un concerto? Con questo framework puoi farlo meglio.

Poi c'è il lato quantistico, che è quello che mi fa venire i brividi. Se anche le particelle possono avere interazioni non reciproche sotto certe condizioni estreme, potremmo scoprire forme completamente nuove di comportamento collettivo.-robbail

"Come evidenziato dal fisico Roderich Moessner, ancora non sappiamo quasi nulla su queste possibili eccezioni alle leggi di Newton. È proprio questo che rende tutto così affascinante."

Il quadro più ampio

Quello che mi piace di questa storia è il ricordo che nemmeno le leggi più fondamentali della natura sono universali senza sfumature. Newton non si è sbagliato — la sua terza legge funziona perfettamente per ciò per cui è stata pensata. Ma la natura ha trovato il modo di aggirarla nei sistemi complessi, e ora abbiamo gli strumenti matematici per capire come.

A volte l'universo è più creativo di quanto i nostri libri di testo vogliano ammettere.

E diciamolo — c'è qualcosa di magnifico nel pensare che migliaia di storni attraversano il cielo al tramonto, sfidando senza saperlo una delle regole più celebri della fisica, mentre nessuno di loro ha la minima idea di star facendo qualcosa di straordinario.

Questa sì che è collaborazione.