Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Il problema delle bolle blu

San José (Ca) – Quante volte vi siete persi a tentare di trovare una logica di comportamento nelle bolle della gazzosa? Bhe, per qualcuno l’argomento è abbastanza appassionante da farne oggetto di studio e inviare una lettera a Nature, puntualmente pubblicata qualche settimana fa. Gli autori discutono succintamente i risultati da loro ottenuti simulando al calcolatore il cammino di bolle gassose in un liquido. Insomma, una analisi formale del popolare “Problema delle Mille Bolle Blu” di Mina. Gli autori motivano la loro ricerca sottolineando che la comprensione del fenomeno è importante sia dal punto di vista della ricerca di base che applicata (giustificazioni di prassi oggigiorno, se si vuol continuare a ricevere finanziamenti). E per dar maggior peso al valore dello studio, scomodano nientemeno che Da Vinci Leonardo. Che, essendosi occupato di tutto, ha ovviamente scritto anche sulle bolle della gazzosa, annotando per primo nella storia delle acque minerali, che: “Le bolle della gazzosa salgono a galla non dritte ma sinuosamente”.

Vediamo in dettaglio che cosa hanno fatto. Hanno simulato il moto delle bolle, una per volta usando una approssimazione detta volume-of-fluid technique (Vof): basta conoscere il diagramma di fase del liquido (un grafico che mostra quando gela e quando bolle) ed è fatta. Si risolvono delle equazioni particolari (di Navier-Stokes) per tener conto dei cambiamenti nell’interfacia tra bolla e liquido (ovvero la superfice della bolla). La simulazione viene ripetuta al variare della percentuale di gas presente nel liquido: poco gas uguale bollicina, molto gas uguale bollona. Altra ipotesi fondamentale, la simulazione è fatta immaginando un mondo a due dimensioni: la bottiglia simulata è piatta.

Alla fine tutte queste ipotesi vengono date in pasto a un calcolatorone. E si comincia a far girare il programma cambiando i parametri: la grandezza della bolla, le caratteristiche del liquido e così via. Di solito, data la complessità delle equazioni e lo sconsiderato numero di ipotesi in gioco, qualcosa succede. Vale a dire che se si cambia un parametro, il programma darà risultati diversi. Per fare un esempio, cambio la grandezza della bolla e ho una diversa traiettoria.

E’ proprio ciò che hanno fatto i nostri autori. E, al variare della dimensione della bolla, hanno ottenuto diverse traiettorie simulate. E le bolle del calcolatore non vanno mica dritte, ma oscillano. Proprio come osservato da Leonardo da Vinci, e da tanti altri bevitori di gazzosa dopo di lui. E, come spesso accade con le simulazioni al calcolatore, oltre a oscillare fanno altre cose strane. A questo punto gli autori sono andati in delirio. Con enfasi poetica hanno paragonato le traiettorie a meduse, uccelli che sbattono le ali e similari.

Lo studio del moto delle bolle in liquido presentato su Nature fa parte di una folta schiera di investigazioni scientifiche basate sul massiccio uso della simulazione al calcolatore della realtà. Negli ultimi anni, infatti, le simulazioni hanno rivoluzionato la ricerca scientifica, fornendo la possibilità concreta di risolvere problemi altrimenti non risolvibili. Si pensi alla capacità di descrivere la materia a livello macroscopico con tecniche di dinamica molecolare, o la applicazione delle tecniche cosiddette montecarlo in fisica statistica. L’uso del calcolatore ha portato alla inaugurazione di campi di studio completamente nuovi e affascinanti, dal caos alle dinamiche non lineari ai frattali. Lo studio riportato su Nature, pur se di interesse fondamentale, mostra comunque alcune limitazioni di fondo, quali l’assenza di confronto con l’esperimento, se si fa eccezione con la datata citazione leonardesca, e l’uso di una terminologia accattivante (meduse e uccelletti) non propriamente pertinente all’argomento.

* fisico dell’Università della California, Berkeley

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