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Quest’anno il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato a Roger Penrose. Matematico, fisico e cosmologo britannico, nato nel 1931, è noto per avere dato diversi contributi alla cosmologia dal punto di vista fisico-matematico. Dalla teoria della Cosmologia Ciclica Conforme alla teoria del reticolo di spin, dai problemi di meccanica quantistica sviluppati con Hawking a quelli che verranno ricordati come i diagrammi di Penrose, il suo contributo allo sviluppo della scienza è stato notevole.
Alcune sue concezioni fisiche richiamano dei celebri modelli della filosofia naturale del passato, tanto che il suo amico, Stepehn Hawking, lo definì un “platonico”. In realtà è molto interessante la posizione di Penrose riguardo ad alcune questioni particolari come il concetto di “anima”. Penrose è ateo ma ritiene possibile giudicare la coscienza quantica di ogni individuo indipendente dal corpo e, dunque, ipotizzare che essa sopravviva dopo la morte corporea in un eventuale multiverso.
Penrose ha dedicato tutta la sua vita allo studio e alla ricerca; così sulla soglia dei novanta anni ha ricevuto il riconoscimento più prestigioso fra tutti come primo vincitore, ritirando il 50% del premio e lasciando il restante a Reinhard Genzel e Andrea Ghez. La vittoria di Penrose è stata determinata dal fatto di “aver scoperto che la formazione dei buchi neri è una robusta previsione della teoria generale della relatività”.
Lo studio dei buchi neri e della teoria generale della relatività è stato sempre uno degli ambiti di ricerca più cari a Penrose. Tant’è vero che negli ultimi anni ha partecipato alla pubblicazione di tre articoli scientifici riguardo al progetto LARES, una ricerca che nasce dalla collaborazione tra ASI, Agenzia Italiana Spaziale, e NASA. In questo progetto due satelliti, LARES e LAGEOS, sono stati messi in orbita per fare delle misurazioni attraverso cui apportare dei miglioramenti all’effetto di trascinamento della teoria generale della relatività. Oltre a Penrose, anche un ricercatore italiano, associato al CREF, Ignazio Ciufolini, ha contribuito ai tre articoli scientifici.
Per leggere i tre articoli scientifici ed approfondire apri i seguenti documenti:

 

 

La scienza della complessità è un’area scientifica che è in qualche modo complementare alla fisica delle particelle elementari, basata su un approccio “riduzionistico”. L’approccio tradizionale della fisica è infatti di considerare sistemi relativamente semplici e isolati e studiarli in grande dettaglio. Si considerano quindi i “mattoni” elementari che sono gli elementi costituenti della materia. Questa visione riduzionistica si può applicare con successo a molte situazioni ed implica l’esistenza di scale caratteristiche: la grandezza di un atomo, di una molecola o di un oggetto macroscopico. Ci sono però molte situazioni in cui la conoscenza degli elementi individuali non è sufficiente a caratterizzare le proprietà dell’intero sistema.


Quando, infatti, molti elementi interagiscono in modo non lineare possono dare luogo a strutture e proprietà complesse che non possono essere connesse direttamente alle proprietà degli elementi costituenti. In questi casi possiamo pensare ad una sorta di “architettura” della natura, che dipende in qualche modo dagli elementi individuali ma, inoltre, manifesta delle proprietà e delle leggi fondamentali che non possono essere dedotte dalla conoscenza degli elementi microscopici che la compongono.


“Sistemi tecno-sociali” è la locuzione usata correntemente per identificare sistemi socioeconomici in cui la tecnologia si fonde in maniera originale ed imprevedibile con aspetti cognitivi, comportamentali e sociali propri degli esseri umani. Le nuove tecnologie della comunicazione e dell’informazione (ICT) svolgono un ruolo sempre più pervasivo per la nostra cultura e la nostra quotidianità. Questa rivoluzione non giunge evidentemente senza controindicazioni e nelle nostre società complesse emergono costantemente delle sfide globali che richiedono costantemente nuovi paradigmi e un pensiero originale per essere affrontate.


Ict, meccanica, chimica e farmaceutica: il poker di industrie che ha battuto la crisi - Il Sole 24 ORE


Negli ultimi anni, quindi, la teoria della complessità ha mostrato di poter giocare un ruolo rilevante per la comprensione delle dinamiche sociali ed economiche. Riteniamo, però, che questo sia solo un inizio e che questo campo si svilupperà in modo poderoso in una nuova ed affascinante avventura scientifica con caratteristiche transdisciplinari radicalmente nuove e difficilmente inquadrabili nei contesti tradizionali. Per questo è necessario un punto di riferimento specifico e con competenze e caratteristiche adatte alla nuova situazione. Si aprono dunque prospettive, fino a pochi anni fa inimmaginabili, che mescolano in modo sapiente diverse discipline e fattori. Da un lato possiamo considerare gli strumenti teorici e di modellizzazione propri della fisica dei sistemi complessi connessi alla capacità di analizzare, interpretare e visualizzare complesse moli di dati in modo originale. Dall’altro la vera essenza dei sistemi tecno-sociali fornisce una opportunità unica di sfruttare le nuove tecnologie ICT per monitorare e quantificare le tracce digitali dei comportamenti umani e dei fenomeni collettivi sociali ed economici con una risoluzione senza precedenti.


Questa situazione comporta anche una originale sinergia tra discipline scientifiche ed umanistiche che si pone l’obiettivo di produrre risultati concreti e di diretta utilità. L’Italia può giocare un ruolo importante in questi sviluppi per varie ragioni. La prima riguarda il fatto che sul nostro territorio la scienza dei sistemi complessi è ben presente e ampiamente riconosciuta. Poi bisogna riconoscere gli elementi di creatività ed originalità associati a questi sviluppi sono anche uno dei nostri punti di forza. Infine, queste attività non necessitano di infrastrutture particolarmente onerose e possono dar luogo ad importanti risultati sia scientifici che pratici in tempi relativamente brevi. Per tutte queste ragioni il CREF s’inserisce in prima linea nello studio della scienza della complessità e s’impegna ad applicare le teorie derivanti da questa disciplina all’indagine della realtà sociale ed economica.


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Il nostro ambiente e le nostre società sono chiaramente in pericolo e stanno subendo importanti trasformazioni strutturali, in particolare attraverso il cambiamento climatico, la globalizzazione e la digitalizzazione. In questo quadro, la crisi ancora in corso legata al COVID-19 non ha fatto altro che rendere ancora più urgenti e pressanti le istanze legate ai Goal dello Sviluppo Sostenibile (SGDs). Sebbene le vie d’uscita dall’attuale situazione non siano ancora visibili, è chiaro che la crisi che stiamo vivendo ha il potenziale per cambiare in maniera profonda le nostre abitudini e la nostra vita.
In quest’ottica diventa sempre più importante la ricerca e lo studio di nuove soluzioni per avviare uno sviluppo sostenibile. Il progetto del CREF si concentrerà sull’agenda globale dell’innovazione, puntando ad incidere in questo modo su diversi settori legati agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile. In particolare, a causa del crescente livello di urbanizzazione a livello globale, molti SDG sono destinati ad affrontare le questioni relative agli spazi urbani per migliorare l’accessibilità e la mobilità, ottimizzare la logistica e la gestione dei rifiuti, migliorare l’inclusione, promuovere una transizione verde.
Il team del CREF seguendo un approccio data-driven sostenuto dall’intelligenza artificiale sta studiando nuove soluzioni rendere le città più sostenibili e funzionali. L’urbanizzazione è una tendenza irreversibile nelle dinamiche demografiche globali. Il World Economic Forum (WEF) prevede che entro il 2050 il 68% della popolazione mondiale vivrà in città. Le città oggi stanno subendo cambiamenti significativi che richiedono un pensiero informato e strategico per raggiungere gli SDG. I fenomeni urbani (ad esempio, l’esclusione sociale e la gentrificazione, la mobilità e l’accessibilità, la gestione degli eventi pubblici, il recupero dopo i disastri naturali, la riprogettazione e la pianificazione dei confini delle città e delle aree funzionali) agiscono tutti a scale spaziali e temporali molto diverse.
La risposta alle sfide della sostenibilità urbana può venire solo da un approccio coordinato e multidisciplinare che operi a scale spaziali e temporali molto diverse. Dalla scala temporale breve del presente al pensiero strategico a lungo termine. Dalle micro scale di intervento a terra (sistemi di trasporto, logistica, ecc.) alla grande scala delle caratteristiche più complesse (inclusione, gentrificazione, vocazione di aree specifiche).
Le tecnologie quantistiche sono indubbiamente uno dei campi di maggiore interesse strategico al mondo. Ne sono testimoni gli enormi investimenti da parte degli Stati Uniti, della Cina e della comunità Europea, oltre al coinvolgimento di grandi realtà industriali come IBM e Google. Esistono numerosi problemi aperti legati alle tecnologie quantistiche, sia da un punto di vista fondamentale che applicativo. Nonostante un numero crescente di ricercatori e una comunità sempre più attiva, queste ricerche non hanno ancora raggiunto il grado di maturazione per avere un impatto concreto nella società o per cambiare in maniera radicale i paradigmi della scienza fisica moderna.
IBM al CES 2019 con il primo computer quantistico commerciale
I computer quantistici sono così importanti perché i calcolatori tradizionali non sono più in grado di elaborare l’enorme mole di dati di cui si può disporre oggi. Al classico bit si è sostituito il quantum bit, applicando le leggi della meccanica quantistica all’analisi delle informazioni. Sono nati così degli approcci data-driven attraverso cui si possono analizzare enormi quantità di dati e risolvere, seguendo una prospettiva scientifica, problemi di interesse sociale legati all’economia o all’ottimizzazione dei sistemi complessi.
 
Il Centro di Ricerca Enrico Fermi, nel prossimo piano triennale, s’impegnerà in una collaborazione con l’Università La Sapienza volta alla creazione e all’utilizzo di nuovi calcolatori ibridi classici/tradizionali. Del resto, l’illustre fisico da cui prende il nome il Centro di Ricerca fu uno dei pionieri per quanto riguarda la realizzazione e l’utilizzo di macchine calcolatrici. Oggi il CREF si pone la stessa sfida: perseguire lo sviluppo di macchine computazionali ibride che utilizzino sistemi quantistici fotonici per l’accelerazione della computazione, ma che forniscano il risultato del calcolo in una forma classica robusta, che non sia soggetta a decoerenza e, quindi, sia immediatamente interfacciabile con calcolatori tradizionali. Tutto questo avverrà arricchendo le fasi di sperimentazione ed analisi con l’intelligenza artificiale, pronta ad orientare ricercatori e decisori nella direzione più promettente.
Scopri di più cliccando sul link del nostro piano triennale:
 

 





This work represents a development of the study of the collapses of purely self-gravitating systems (see https://physics.aps.org/articles/v12/s19) to the case in which a dissipational gas component is also present. These latter systems show much richer morphological and kinematical structures that may have important observational implications to understand the kinematic and dynamics of the Milky Way as revealed by ongoing surveys such as the Gaia Mission.




 by Francesco Sylos Labini, Luis Diego Pinto, Roberto Capuzzo-Dolcetta