I contributi alla scienza di Giorgio Parisi (GP) – a cui è stato assegnato il premio Nobel per la Fisica 2021 – sono troppo numerosi per essere discussi in un breve articolo, motivo per cui mi limiterò a raccontare della mia collaborazione con GP nella scoperta della risonanza stocastica (RS).
Risonanza stocastica: quando il rumore fa bene
Quando si parla di rumore vengono subito in mente cose negative, qualcosa da eliminare o almeno ridurre al minimo; al contrario – cosa non intuitiva – il rumore può avere un ruolo costruttivo: questo è il fenomeno noto come risonanza stocastica.
In termini semplici si ha che in alcuni sistemi in cui è presente una frequenza caratteristica (ad esempio una perturbazione periodica) una giusta dose di rumore – non troppo e neanche troppo poco – può esaltare il rapporto segnale/rumore.
La risonanza stocastica è stata scoperta all’inizio degli anni ’80 (da GP , R. Benzi, A. Sutera e A. Vulpiani) per spiegare un apparente paradosso climatologico.
È noto che la temperatura media sulla Terra nell’ultimo milione di anni è fortemente correlata con il flusso di energia proveniente dal Sole, determinato soprattutto dall’eccentricità dell’orbita terrestre. Il problema è che questa variazione del flusso di energia, approssimativamente periodica con periodo di circa centomila anni, è troppo piccola per giustificare variazioni della temperatura dell’ordine di 10 gradi. Se però si tiene conto della dinamica interna dell’atmosfera e dell’oceano, che può essere vista come un rumore (infatti il tempo caratteristico della dinamica atmosferica è dell’ordine di qualche mese, quello dell’oceano è al massimo di qualche migliaio di anni, mentre l’eccentricità terrestre varia su tempi dell’ordine di centomila anni), può succedere che l’effetto combinato di rumore e periodicità induca variazioni approssimativamente periodiche della temperatura. La cosa interessante è che l’effetto è assente se uno dei due ingredienti (rumore o periodicità) manca.
Equazioni e cornetti
Il nostro articolo sulla risonanza stocastica venne bocciato ben due volte, prima da Science e poi dal Journal of the Atmospheric Science, e la risonanza stocastica è rimasta per un po’ di tempo una sorta di curiosità matematica. Poi, verso la fine degli anni ’80, si è capito che il fenomeno è presente in molti sistemi fisici e biologici, e ora si hanno varie migliaia di articoli che lo studiano.
E per finire un ricordo personale di quando con Roberto Benzi rischiai, nel febbraio del 1980, di essere arrestato. All’epoca potevamo usare solo nelle ore notturne un computer dell’Istituto di Fisica dell’Atmosfera del CNR; dopo aver lanciato la simulazione uscivamo, verso le 3 di notte, per comprare i cornetti. Una volta venimmo circondati da una decina di poliziotti: c’era una riunione notturna della Democrazia Cristiana con mezzo governo. Ci salvò la lettera del Direttore dell’Istituto che ci autorizzava a entrare di notte, e forse anche la nostra aria svagata: due giovani che di notte andavano in giro parlando di equazioni differenziali stocastiche e mangiando cornetti alla crema non potevano essere pericolosi.
Immagine di copertina: © Nobel Prize Outreach
