La volta che Pipino fu troppo curioso  

« Da principio la sfera gli parve scura, nera, lucente; poi il nucleo centrale cominciò ad ardere... »

(SdA, libro III, cap. XI)

 

Tra tutte le mirabolanti invenzioni del Legendarium di Tolkien, una delle più affascinanti è quella dei Palantíri, le Pietre Veggenti. Una di esse rappresenta uno dei passaggi chiave de "Le Due Torri", facendo la sua comparsa dopo che Gandalf ha inutilmente tentato di convincere Saruman a passare dalla parte del Bene. Grima Vermilinguo, ignorandone il valore, la tira contro entrambi gli Stregoni, e Pipino è il più lesto a raccoglierla, come si legge nel brano seguente:

« Gandalf levò la mano, e parlò con voce limpida e fredda. "Saruman, il tuo bastone è rotto!" Si udì uno schianto, e il bastone si spezzò nella mano di Saruman; l'impugnatura cadde ai piedi di Gandalf. "Va'!" disse questi. Con un grido Saruman scomparve e strisciò via. In quell'istante un oggetto pesante e lucido cadde dall'alto con fracasso. Rimbalzò sulla ringhiera di ferro mentre Saruman lasciava la presa, e passando accanto alla testa di Gandalf colpì il gradino sul quale egli sedeva. La ringhiera vibrò e si schiantò. La scala scricchiolò e scheggiandosi lanciò scintille sfavillanti. Ma la palla era intatta: rotolò sino all'ultimo gradino, un globo di cristallo scuro, ma dal cuore incandescente. Mentre balzava verso una pozzanghera Pipino corse a raccoglierlo. [...]
"Dai qua, ragazzo, lo prenderò io. Non ti ho chiesto di maneggiarlo", esclamò Gandalf, voltandosi all'improvviso e vedendo Pipino risalire lentamente le scale, come se stesse portando un pesante fardello. Gli andò incontro e tolse velocemente lo scuro globo dalle mani dell'Hobbit, avvolgendolo nelle falde del proprio mantello. "Ne avrò cura io. Non è un oggetto che Saruman avrebbe desiderato gettare via." »
(SdA, libro III, cap. X)

Il successivo capitolo XI si intitola per l'appunto « Il Palantír », perchè esso gira interamente intorno al desiderio di Peregrino Tuc di dare un'altra occhiata a quella strana sfera infrangibile. Con uno stratagemma, mentre tutti dormono, lo Hobbit riesce a sfilarlo dalla mano dello stregone e a sbirciare in esso, ma la sua curiosità rischia di avere conseguenze catastrofiche:

« Quasi senza fiatare, Pipino s'acquattò e con gesto furtivo prese l'oggetto e lo sollevò lentamente: era meno pesante di quanto non pensasse. [...] Guardò ciò che aveva preso. Eccolo: un liscio globo di cristallo, scuro e spento, giaceva in terra davanti alle sue ginocchia. Pipino lo raccolse, ed avvolgendolo svelto nel proprio manto si apprestò a tornarsene a letto. [...] Aprendo il mantello, fissò intensamente la sfera: da principio gli parve scura, nera, lucente; i raggi di luna scintillavano sulla liscia superficie. Poi il nucleo centrale cominciò ad ardere calamitando il suo sguardo e impedendogli di distoglierlo. Presto tutto l'interno parve incandescente; la palla roteava, o forse vi erano luci al suo centro che giravano vorticosamente su se stesse; ma improvvisamente si spensero. Pipino emise un'esclamazione e cercò di svincolarsi; ma rimase curvo con la sfera serrata fra le mani. Si chinò sempre più avanti e poi improvvisamente si irrigidì; le sue labbra si mossero ma nessun suono ne uscì. Con un urlo strozzato ricadde all'ìndietro e giacque immobile. »
(SdA, libro III, cap. XI)

Aragorn si rivela a Sauron usando un Palantír nella versione estesa de "Il Ritorno del Re" di Peter Jackson: indubbiamente si tratta dell'equivalente moderno di una telecamera digitale!

Aragorn si rivela a Sauron usando un Palantír nella versione estesa de "Il Ritorno del Re" di
Peter Jackson: indubbiamente si tratta dell'equivalente moderno di una telecamera digitale!

Tutto l'accampamento è in subbuglio, ma Gandalf scopre subito il colpevole, privo di sensi accanto alla sfera. Dopo averlo rianimato, scopre che Pipino ha parlato con Sauron in persona, ha dovuto rivelargli di essere un hobbit, ed ora l'Oscuro Signore è convinto che Saruman abbia rapito il Portatore dell'Anello e lo stia torturando con l'uso della sfera; presto invierà dunque un suo messaggero, un Nazgûl alato, per portare nella Torre di Barad-dûr il presunto prigioniero. Ormai la guerra è imminente: Gandalf si separa dagli altri e, assieme a Pipino, inizia un'epica cavalcata verso Minas Tirith, la capitale di Gondor (cavalcata a cui abbiamo già dedicato una precedente lezione). Mentre sfrecciano nella notte in sella ad Ombromanto, lo Stregone risponde alle domande di Pipino, spiegandogli che cos'è il misterioso Palantír:

« "[La canzone] parla dei Palantíri dei Re dell'Antichità", rispose Gandalf.
"E che cosa sono?" chiese Pipino [...]
"Vengono da Eldamar, al di là dell'Ovesturia. Furono fatti dai Noldor; forse l'artefice fu proprio Fëanor, in giorni così lontani che il tempo non può misurarsi in anni. Ma non esiste nulla che Sauron non sappia adoperare per scopi malefici. [...]
"Perchè se ne servivano, gli Uomini dell'antichità?" domandò Pipino, felice e stupefatto di sentirsi rispondere a tante domande, e curioso di vedere ancora quanto tempo sarebbe durato.
"Per vedere lontano e trasmettersi i pensieri", rispose Gandalf. "Fu così che custodirono e mantennero unito il reame di Gondor per tanto tempo. Installarono dei Globi a Minas Anor, a Minas Ithil e ad Orthanc nel cerchio d'Isengard.  Il più potente fu posto sotto la Cupola delle Stelle a Osgiliath prima che venisse distrutta. Gli altri erano assai lontani. Pochi sono ormai coloro che sanno ove si trovano gli altri, perchè nessun poema lo narra. Ma nella casa di Elrond si dice che erano custoditi ad Annúminas e ad Amon Sûl, e la Pietra di Elendil si trovava sui Colli Torrioni che guardano verso Mithlond nel Golfo di Luhun dove sono ancorate le grigie navi.
I Palantíri potevano parlare indistintamente fra di loro, ma ad Osgiliath li potevano sorvegliare tutti assieme allo stesso tempo. [...] Chissà ove giacciono ormai tutti gli altri globi: rotti, sepolti o profondamente sommersi? Sauron comunque ne deve aver scoperto uno, poi adattato ai suoi usi. Suppongo si tratti dell'Ithil-sfera, poiché si impadronì di Minas Ithil molto tempo addietro." »
(SdA, libro III, cap. XI)

In pratica i Palantíri (al singolare Palantír, "ciò che guarda lontano") sono l'equivalente tolkieniano di quella che noi chiamiamo televisione, permettendo a chi ne osserva uno di comunicare, anche a grande distanza, con chiunque stia a sua volta osservandone un altro: anche "televisore" infatti in greco significa "vedere a distanza"! Ad accrescere l'analogia viene il fatto che in alcune traduzioni italiane il termine è reso al femminile (le Palantíri), proprio come televisione, e dunque a questo argomento vogliamo dedicare la presente lezione.

L'invenzione del televisore è attribuita all'inglese John Logie Baird (1888-1946), che il 2 ottobre 1925 riuscì ad inviare a distanza un'immagine televisiva formata da 28 linee, che rappresentava il suo fattorino William Taynton. In realtà però il primo a concepire un sistema di scansione meccanica di un'immagine fu il tedesco Paul Nipkow (1860-1940), che nel 1884 brevettò il cosiddetto Disco di Nipkow. Esso consisteva in un un disco metallico sul quale erano praticati dei fori disposti a spirale in posizioni progressivamente più esterne; facendolo girare, si analizzavano le immagini riga dopo riga (l'antenata della scansione a linee dei televisori odierni); un dispositivo elettrico posto dall'altra parte trasformava le variazioni di luminosità dei fori in impulsi elettrici. A causa delle enormi difficoltà pratiche, e soprattutto a causa della mancanza di un adeguato metodo di amplificazione dei segnali elettrici troppo deboli, Nipkow non tentò mai di realizzare in pratica la sua idea. Il sistema di Nipkow fu poi messo in pratica nel 1925 da Baird, che dietro il disco pose degli elementi sensibili a base di selenio, e istante dopo istante otteneva un valore elettrico corrispondente alla luminosità di un punto dell'immagine. Il visore era costituito da un altro disco di Nipkow, sincronizzato con il precedente, che girava davanti ad una lampada al neon comandata dal segnale modulato a seconda della luminosità dei punti letti istante dopo istante (in pratica, il segnale comandava la corrente di scarica del neon). Le dimensioni dell'immagine erano raddoppiate grazie ad una lente di ingrandimento. Per distinguerli dai televisori moderni, questi primi modelli erano detti "televisori meccanici", e furono commercializzati negli anni tra il 1928 e il 1934 nel Regno Unito, negli Stati Uniti e in Unione Sovietica: in tutto ne furono vendute un migliaio di unità.

Un Televisore Geloso GTV 960 da 21 pollici del 1957 trasformato in... Palantír!

Un Televisore Geloso GTV 960 da 21 pollici del
1957 trasformato in... Palantír! (da questo sito)

In seguito i televisori meccanici furono soppiantati da quelli catodici, così detti per la presenza al loro interno di un tubo catodico. Essi vennero ideati dall'inventore americano Philo Taylor Farnsworth (1906–1971) e prodotti in serie prima dalla Telefunken in Germania nel 1934, e poi anche in Francia nel 1936, nel Regno Unito nello stesso anno e in America nel 1938. Il più economico dei televisori americani messi in commercio prima della Seconda Guerra Mondiale avevano uno schermo da 3 pollici (circa 8 cm) e costava 125 dollari (circa 1600 euro di oggi). Le prime trasmissioni televisive regolari del mondo iniziarono il 22 marzo 1936 nella Germania nazista, per trasmettere i Giochi Olimpici di Berlino. Si stima che prima della Seconda Guerra Mondiale siano stati prodotti circa 19.000 televisori catodici nel Regno Unito, circa 1.600 in Germania e circa 7.000 negli Stati Uniti. La diffusione dei televisori catodici negli Stati Uniti balzò alle stelle nel secondo dopoguerra proprio grazie ai progressi tecnologici dovuti allo sforzo bellico (spiace dirlo, ma ogni guerra porta sempre con sé progressi tecnologici), al progressivo ampliamento delle reti televisive verso Ovest (in precedenza erano limitate alla Costa Orientale), al calo dei prezzi degli apparecchi causato dalla produzione di massa, all'aumento del reddito ed anche del tempo libero da parte della popolazione, incluse le classe più umili. Mentre nel 1946 solo lo 0,5 % delle famiglie americane aveva una televisione in casa, nel 1954 la percentuale era schizzata al 55,7 % e nel 1962 aveva superato il 90 %. Alla fine degli anni sessanta cominciò a diffondersi la TV a colori. A partire dall'anno 2000, i televisori a tubo catodico furono progressivamente soppiantati in tutte le case dai nuovi televisori a schermo piatto, a LCD o a plasma.

In Italia le prime trasmissioni sperimentali iniziarono nel giugno 1939 presso la sede milanese dell'EIAR (Ente Italiano per le Audizioni Radiofoniche, quella che in seguito sarà nota come RAI), utilizzando le tecnologie fornite dalla tedesca Telefunken, ma il vero debutto della televisione italiana avvenne il 3 gennaio 1954, data che si ritiene aver cambiato per sempre la storia del Bel Paese, soprattutto grazie all'unificazione linguistica che essa consentì, assai più efficacemente di tutti gli sforzi dell'Accademia della Crusca. Il costo di un televisore allora era considerato proibitivo, equivalendo al reddito annuo di una famiglia di ceto medio, e la rete di trasmissione non copriva tutto il territorio. Eppure, se quel giorno le TV accese in tutta la penisola erano solo 24.000, già nel 1965 gli abbonati erano più di 6 milioni. A partire dal 1957 il segnale arrivò in tutti gli angoli del paese, e al prezzo ancora molto alto si ovviava attraverso l'installazione di apparecchi TV nei bar, dove ci si recava per assistere a trasmissioni ben presto diventate mitiche, come il quiz "Lascia o raddoppia?" e lo spettacolo "Il musichiere", frequentate anche dai VIP del tempo. Rispetto agli altri paesi, la TV italiana era nata molto in ritardo, e il suo scopo principale fu fin dall'inizio quello di elevare il livello d'istruzione degli italiani, ancora troppo basso: il palinsesto propose fin dall'inizio sceneggiati tratti da grandi opere letterarie, documentari e inchieste. "Non è mai troppo tardi", condotta dal maestro Alberto Manzi, insegnò a migliaia di italiani ancora analfabeti a leggere e scrivere, e attraverso il Telegiornale e la "Tribuna Politica" gli affari di stato cominciarono ad essere discussi anche nelle case private. Il "Carosello" segnò l'epoca del consumismo e del boom economico. Nel 1961 nacque il secondo canale e nel 1979 la terza rete. Negli anni settanta nacque la TV a colori, e a partire dal 1974 debuttarono le prime TV commerciali, che nel decennio successivo si sarebbero trasformate in veri e propri network. Negli anni 2000 infine nacquero la TV via satellite, le pay tv e il digitale terrestre, il cui avvento permise di captare molti più canali. Negli anni duemiladieci infine sorsero le pay per view, canali con i quali lo spettatore sceglie di vedere solo ciò che ci interessa.

Ma vediamo ora come si realizza in pratica un televisore catodico. Per trasmettere segnali televisivi, oltre ai suoni è necessario trasmettere anche le immagini. Per questo occorre uno strumento chiamato telecamera, in grado di convertire le immagini in una corrente elettrica variabile nel tempo. Immaginiamo dunque di riprendere una scena con una telecamera in bianco e nero. La luce che colpisce la scena viene riflessa dentro l'obiettivo della telecamera, ed illumina uno schermo costituito da un materiale fotoconduttore, che cioè diventa più o meno conduttore a seconda della luce che lo colpisce. Ogni punto dello schermo, detto pixel dal'inglese "picture element", ha una sua resistenza elettrica, che è alta quando è colpita da scarsa luce, ma diminuisce progressivamente man mano che la luce che lo illumina aumenta. Il quadro costituito da pixel più o meno luminosi viene tradotto in un segnale elettrico mediante un piccolo fascio di elettroni, che esplora lo schermo. Gli elettroni sono emessi da un "cannone elettronico" per effetto termoionico, e sono deviati in orizzontale e in verticale dal campo magnetico generato da due coppie di bobine, appunto una orizzontale ed una verticale. Variando in modo opportuno la corrente che attraversa tali bobine, si riesce a "pilotare" il pennello di elettroni in modo da fargli "spazzare" pixel per pixel l'intero schermo, come si vede qui sotto. Il movimento del fascio somiglia in pratica a quello che compiono i nostri occhi quando leggiamo un libro: esso si muove in orizzontale e, arrivato alla fine della riga, "va a capo" saltando all'inizio della riga inferiore, da cui riparte di nuovo per spostarsi verso destra e saltare di nuovo all'inizio una volta giunto in fondo. Il movimento viene ripetuto fino a che non si arriva all'ultima riga in basso, dopo di che riparte dall'inizio per una nuova lettura della pagina.

Nei televisori comuni lo schermo è suddiviso in 625 righe, e il movimento del fascio che lo scansiona è ripetuto 50 volte al secondo; nei televisori ad alta definizione, invece, le righe sono più di 1000, e dunque l'immagine appare molto più nitida. Quando il pennello elettronico colpisce un punto dello schermo, nel materiale fotoconduttore si origina una corrente tanto maggiore quanto minore è la resistenza in quel punto. Poiché l'illuminazione fa diminuire la resistenza, nei pixel dove cade molta luce si origina una corrente intensa, mentre nei pixel scuri la corrente è praticamente nulla. Questa corrente, passando dallo schermo conduttore attraverso una resistenza, viene trasformata in una tensione che, dopo essere stata opportunamente amplificata, serve per modulare un'onda portante. Questa è inviata nello spazio attraverso un'antenna trasmittente e captata da un'antenna ricevente.

Il televisore riceve il segnale dall'antenna e lo decodifica. In tal modo viene ricostruita la tensione variabile che descrive la luminosità della scena inquadrata dalla telecamera. Si utilizza un tubo a raggi catodici nel quale è praticato il vuoto spinto; un pennello di elettroni, generato sempre per effetto termoionico da un altro cannone elettronico, "spazza" lo schermo del televisore, ripetendo lo stesso movimento eseguito dal pennello elettronico nella telecamera. L'intensità del fascio è modulata dal segnale inviato all'antenna ricevente dall'onda elettromagnetica, in modo che i pixel dello schermo appaiano più o meno luminosi, a seconda dell'energia con cui vengono colpiti dagli elettroni. In questo modo, l'immagine della scena trasmessa è ricostruita sullo schermo del televisore, allineando nell'esatta sequenza i pixel nei quali l'immagine è stata analizzata all'interno della telecamera. L'immagine che vediamo sul cinescopio del televisore tradizionale viene "riscritta" 50 volte al secondo mediante una successione di 625 righe orizzontali, ciascuna costituita da innumerevoli pixel di varia intensità luminosa. I nostri occhi non si rendono conto di questo continuo processo di riscrittura perchè esso avviene troppo rapidamente. Se noi potessimo "fermare il tempo" come si vede in certi telefilm di fantascienza, noi vedremmo un solo pixel acceso sullo schermo televisivo. Per via della persistenza dell'immagine sulla retina, tuttavia, noi non riusciamo a seguire il movimento velocissimo del pennello elettronico, ma percepiamo uno schermo interamente illuminato e ci sembra che le immagini si muovano con continuità.

Come il pennello elettronico "spazza" lo schermo televisivo

Principio di funzionamento del televisore catodico a colori

In alto: come il pennello elettronico "spazza" lo schermo televisivo.
Sotto: principio di funzionamento del televisore catodico a colori

Se invece prendiamo in considerazione una telecamera a colori, essa contiene tre diversi tubi di ripresa, e ciascuno di essi è dotato di un filtro che lascia passare solo uno dei tre colori primari: il rosso, il verde e il blu. La luce che penetra nell'obiettivo genera insomma tre immagini diverse della scena, che danno luogo a tre segnali elettrici ben distinti. Combinati fra di loro, questi tre segnali modulano l'onda elettromagnetica portante. Il televisore a colori a sua volta contiene tre cannoni elettronici indipendenti tra di loro, che scansionano insieme l'intero schermo. La loro intensità è modulata dai tre segnali di colore trasmessi dall'onda portante. Lo schermo è costituito da più di centomila pixel fluorescenti, ciascuno dei quali è diviso in tre parti in grado di emettere luce rossa, verde e blu appena sono colpiti da elettroni. Una maschera perforata con altissima precisione, posta dietro lo schermo, fa sì che ciascuno dei tre pennelli possa colpire soltanto i pixel che emettono luce del colore voluto. La sovrapposizione delle diverse intensità dei colori primari genera tutti i possibili colori dello spettro, permettendo così di riprodurre la complessa variabilità cromatica della scena ripresa con la telecamera.

Come si vede, il televisore a raggi catodici richiede un tubo a vuoto in vetro, che risulta ingombrante, molto profondo, pesante, e relativamente fragile. Per ragioni di sicurezza, lo schermo frontale è tipicamente realizzato in vetro al piombo ad alto spessore, in modo da essere altamente resistente agli urti e di bloccare la maggior parte dei raggi catodici emessi dal tubo, i quali rendono sconsigliabile stare troppo a lungo vicino al televisore. Per questo, a partire dai primi anni del Terzo Millennio sono andati diffondendosi nuovi nodelli di televisori, che oggi sono comuni in tutte le nostre case, ed hanno ormai soppiantato e ridotto i tubi catodici a vera e propria archeologia industriale. I televisori a cristalli liquidi (LCD) sfruttano le proprietà ottiche di particolari liquidi organici scoperti nel 1888 dal botanico austriaco Friedrich Reinitzer (1857-1927). Questi sono chiusi fra due superfici vetrose provviste di numerosissimi contatti elettrici, con i quali è possibile applicare un campo elettrico al liquido in esse contenuto. Ogni contatto elettrico comanda un pixel del pannello; sulle facce esterne dei pannelli vetrosi sono posti due filtri polarizzatori disposti su assi perpendicolari tra loro. I cristalli liquidi piegano di 90 gradi la polarizzazione della luce che arriva da uno dei polarizzatori, permettendole così di passare attraverso l'altro. Quando il campo elettrico applicato è nullo, la luce può passare attraverso l'intera struttura, e l'apparecchio risulta trasparente. Quando il campo elettrico viene attivato, le molecole del liquido si allineano parallelamente al campo elettrico, limitando la rotazione della luce entrante. Se i cristalli sono completamente allineati col campo, la luce che vi passa attraverso è polarizzata perpendicolarmente al secondo polarizzatore, e viene quindi bloccata del tutto, facendo apparire il pixel non illuminato. Controllando la torsione dei cristalli liquidi in ogni pixel, si può regolare quanta luce far passare. I televisori LCD sono perciò molto più sottili e leggeri dei tubi catodici con uno schermo di uguali dimensioni, e sono disponibili in dimensioni molto più grandi (oggi sono comuni quelli di ben 50 pollici). Quando i costi di produzione dei cristalli liquidi sono diminuiti, come conseguenza del loro utilizzo negli schermi dei computer, questa combinazione di caratteristiche ha reso gli LCD convenienti anche per i ricevitori televisivi. Nel 2007 le vendite di televisori LCD hanno superato quelle dei televisori catodici, e oggi questi apparecchi sono di gran lunga i più venduti al mondo.

Un'ulteriore tecnologia usata nei televisori ultrapiatti è quella dei cosiddetti schermi al plasma o PDP (Plasma Display Panel), che permette di realizzare apparecchi di grandi dimensioni, oltre i 30 pollici. Essa fu messa a punto nel 1964 da Donald L. Bitzer, H. Gene Slottow e Robert Wilson nell'Università dell'Illinois all'Urbana-Champaign, ed utilizza centinaia di migliaia di piccole celle posizionate tra due pannelli di vetro e contenenti una miscela di neon e xeno. Il gas nelle celle viene ionizzato e portato allo stato di plasma; quando gli ioni del gas si dirigono verso gli elettrodi e collidono con essi, vengono emessi dei fotoni. In uno schermo monocromatico, lo stato ionizzante può essere mantenuto applicando un voltaggio di basso livello tra tutti gli elettrodi, anche quando il voltaggio di ionizzazione viene rimosso. Per scaricare una cella, tutta la tensione agli elettrodi viene azzerata. Questo tipo di pannello ha una memoria intrinseca e non utilizza fosfori. Invece nei pannelli a colori il retro di ogni cella è rivestita con un fosforo; i fotoni ultravioletti emessi dal plasma eccitano questi fosfori in modo che emettano luce colorata; in pratica, ogni cella è paragonabile ad una lampada fluorescente, argomento del quale discuteremo in seguito. Ovviamente ogni pixel è composto da tre celle separate, ognuna con fosfori di diversi colori, che si miscelano per creare il colore finale del pixel. Variando gli impulsi di corrente che scorrono attraverso le diverse celle migliaia di volte al secondo, il sistema di controllo può aumentare o diminuire l'intensità di ogni colore per creare miliardi di diverse combinazioni di rosso, verde e blu, cioè la maggior parte dei colori visibili. Gli schermi al plasma però non possono riprodurre i colori intermedi, perchè la cella o è accesa oppure è spenta. Inoltre la visualizzazione prolungata nel tempo su di essi di una certa immagine può creare immagini fantasma di questi oggetti, poiché i componenti al fosforo perdono la loro luminosità con l'uso, e quando alcune aree dello schermo vengono usate più di frequente di altre, quelle che hanno perso luminosità diventano visibili ad occhio nudo, creando l'effetto chiamato burn-in, al quale non c'è rimedio.

Schema di funzionamento di un Palantír, se fosse a tecnologia LCD!

Schema di funzionamento di un Palantír, se fosse a tecnologia LCD!

Un'altra tecnologia utilizzata nei televisori moderni è quella basata sull'OLED (Organic Light Emitting Diode), un diodo a emissione luminosa (detto anche LED) in cui lo strato elettroluminescente è un film costituito da un composto organico che emette luce in risposta ad una corrente elettrica. Vi sono due famiglie principali di OLED: quelli basati su piccole molecole e quelli che impiegano polimeri . Lo strato di semiconduttore organico è situato tra due elettrodi, almeno uno dei quali è trasparente. A differenza dei display a cristalli liquidi, i display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati (i display a cristalli liquidi vengono illuminati da una fonte di luce esterna), ma producono luce propria; questo permette di realizzare display molto più sottili, con maggior contrasto di colori, e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e richiedono minori quantità di energia per funzionare. I primi display efficienti e a bassa tensione furono realizzati nel 1987 da Ching Tang e Steve Van Slyke della Eastman Kodak Company, ma la produzione industriale iniziò nel 2008. I maggiori limiti di questa tecnologia sono rappresentati dal costo ancora elevato del processo produttivo e dalla durata, molto inferiore a quella degli attuali display LCD.

Infine, val la pena di citare la tecnologia della cosiddetta Laser TV. Proposta fin dal 1966, ma a quei tempi troppo costosa, fu rilanciata nel 2006 da Novalux, industria che si occupa di tecnologia laser a semiconduttori. Il primo sviluppo di una tecnologia laser commerciale risale al 2008 da parte della Mitsubishi. Essa utilizza due o più raggi individualmente modulati di laser ottici di diversi colori per produrre un'immagine che viene sottoposta a scansione e proiettata attraverso il piano dell'immagine da un sistema poligonale di specchi. Il dispositivo funziona mediante scansione dell'intera immagine di un punto alla volta e modulando il laser direttamente ad alta frequenza, proprio come i fasci di elettroni in un tubo a raggi catodici. La Laser TV sarebbe in grado di riprodurre il 90 % della gamma di colori visibili da un occhio umano, con consumi energetici inferiori del 75 % rispetto ai monitor al plasma, senza che l'immagine perda progressivamente di qualità, come avviene in altre tecnologie tipo l'LCD. La sua vita stimata è però di sole 50 mila ore, la metà di un monitor al plasma, e il suo costo è ancora troppo elevato.

La nostra lezione tuttavia non si ferma qui. Infatti, da alcuni saggi poco noti del professore di Oxford, pubblicati nel 2008 dall'editrice Marietti 1820, si evince che gli Elfi di Tolkien comunicano con il pensiero. In particolare del funzionamento della telepatia nella Terra di Mezzo si parla nel saggio intitolato Ósanwe-kenta, cioè « Investigazione sulla comunicazione del pensiero », presentato sotto forma di "riassunto", fatto da un redattore anonimo, di un altro lavoro dallo stesso titolo che il saggio Elfo Pengolodh avrebbe « aggiunto alla fine del suo scritto "Relazione sulle Lingue" ». Il saggio, originariamente presentato sulla rivista americana di linguistica Vinyar Tengwar, è stato incorporato nel volume avente titolo « La trasmissione del pensiero e la numerazione degli Elfi » (vedi copertina a fianco). Questo testo ha fatto scoprire al pubblico italiano tutta l'incredibile accuratezza sub-creativa dell'autore de "Il Signore degli Anelli", che qui si è dedicato a una profonda riflessione sulla psicologia e la corporeità degli elfi. Il libro fa riferimento al « Quendi and Eldar », un lungo testo linguistico di 12 volumi sull'origine e il significato dei vocaboli elfici: un saggio "elfocentrico", insomma, sulla comunicazione del pensiero, in cui vengono introdotti importanti concetti, come quello di anima (fëa) e corpo (hröa), volontà (níra), apertura (lata) e chiusura (patha) della mente (sama). Accanto a questo testo il libro include le "Note su Óre", una pubblicazione che descrive il ruolo di corpo e cuore nella trasmissione dei pensieri, ed "MDN", una sorta di manuale che approfondisce l'alfabeto veicolato dalle mani degli elfi, in cui si affronta anche la gestualità. Uno degli spunti più significativi offerti da questo libro è la scoperta che gli uomini sono accomunati a queste creature fantastiche proprio da alcune caratteristiche comunicative, come l'apertura e la volontà attiva di ascoltare. Appare sorprendente che nel linguaggio degli elfi, basato per l'appunto sulla trasmissione del pensiero, non siano possibili alcuni paradossi logici tipici della comunicazione verbale, come il "paradosso del mentitore". Esso fu formulato per la prima volta nel VI secolo a.C. da Epimenide di Creta in questi termini: « Io sono un cretese; tutti i cretesi sono bugiardi. ». Se vi dico la verità vuol dire che sto mentendo, quindi non vi dico la verità; se non vi dico la verità vuol dire che non sto mentendo, quindi è vero che vi sto mentendo e vi dico la verità. La lettura, che potrebbe sembrare diretta solo ad un pubblico ristretto, è invece fruibile da un pubblico anche digiuno di nozioni di filologia e di linguistica: per illustrare l’origine dei nomi, infatti, Tolkien si serve di divertenti aneddoti sui giochi infantili utilizzati dagli stessi Elfi. Di trasmissione del pensiero nell'opera tolkieniana del resto si parla anche nella trilogia di Peter Jackson, dove Elrond, Galadriel e Gandalf possono dialogare telepaticamente tra di loro, essendo legati dal fatto che essi portavano i tre anelli elfici, rispettivamente Vilya, Nenya e Narya, uniti indissolubilmente tra loro e all’Unico Anello. Inoltre, nel film "La Compagnia dell'Anello", mentre la Compagnia passa sul Caradhras, Saruman comunica telepaticamente con Gandalf intimidendolo sui pericoli che le miniere di Moria contengono, incluso il Balrog (nel libro invece non vi è cenno a questo genere di comunicazione).

Abbiamo accennato alla comunicazione con il pensiero perché essa richiama alla nostra mente ciò che ha reso possibile la trasmissione a distanza delle immagini: la scoperta delle onde elettromagnetiche. Tale scoperta fu resa possibile dalla formulazione nel 1870 delle Quattro Equazioni di Maxwell formulate da James Clerk Maxwell (1831-1879), le quali sintetizzano tutto l'elettromagnetismo classico sviluppato nell'ottocento; chi vuole saperne di più, consulti questa pagina. Protagonisti delle suddette equazioni sono il campo elettrico E e il campo magnetico B, entrambi introdotti da Michael Faraday (1791-1867). Il primo descrive i fenomeni elettrici, cioè dovuti a cariche stazionarie nel tempo, il secondo invece i fenomeni magnetici, legati cioè a correnti elettriche (cariche in moto). Proprio Maxwell dimostrò che i due campi sono in realtà aspetti diversi di una stessa realtà, chiamata campo elettromagnetico. Sembra strano che nelle opere di Tolkien vi possano essere riferimenti ai campi elettrici e magnetici, e invece è proprio così! Come riferisce questo sito, infatti, il Professore di Oxford respinse le critiche di chi lo accusava di fuggire dalla realtà illudendo i suoi lettori con un mondo inesistente, sostenendo che le fiabe, oltre ad essere rivolte a tutti (adulti e bambini), attingono dalla realtà e nella realtà confluiscono, dando a chi le leggeva

« la possibilità di attingere a realtà perenni e permanenti e non transitorie come le cose fugaci e fuggevoli della vita moderna. Le fiabe parlano di cose permanenti, non di lampadine elettriche, ma di fulmini! »

Qui non può non venirci in mente il nome di Benjamin Franklin (1706-1790), che fu eminente scienziato e letterato, oltre che uno dei padri fondatori degli Stati Uniti d'America. Fin da piccolo Franklin aveva scoperto la sua vena inventiva, progettando pinne per nuotatori da applicare alle mani, ma la scoperta per la quale egli è universalmente noto consiste nella dimostrazione, avvenuta nel 1752, che il fulmine non è una manifestazione dell'ira divina, bensì una gigantesca scarica elettrica. A questo scopo Franklin, assistito dal figlio William, tentò un pericoloso esperimento durante un temporale: costruì un aquilone formato da due aste metalliche e lo fece volare, collegandolo al suolo con un filo metallico al quale era appesa una chiave. Quando l'aquilone fu colpito da un fulmine, Franklin notò che tra la sua mano e la chiave scoccava una scarica elettrica. Lo scienziato americano non era nuovo ad esperimenti così azzardati: una volta, durante un fortunale, si mise a rincorrere un tornado per descriverne l'esatta dinamica dei venti! Quella volta però Franklin fu davvero fortunato, perchè atri temerari che ripeterono l'esperimento rimasero purtroppo folgorati. Infatti, oggi sappiamo che il fulmine è una gigantesca colonna di plasma di circa un metro di diametro, con una carica elettrica totale di 10 Coulomb (un valore elevatissimo), una temperatura di 50.000 Kelvin e una corrente di 100.000 Ampére. La differenza di potenziale agli estremi del fulmine dipende dalla sua lunghezza: il potenziale di rottura dielettrica dell'aria è di 3000 Volt al millimetro, quindi un fulmine lungo 300 metri sarà generato da una differenza di potenziale di 3000 x 3 x 105 = 9 x 108 V, cioè di circa un miliardo di Volt! In realtà, la grande pericolosità del fulmine è dovuta non alle altissime tensioni, ma alla corrente che fluisce nel canale di aria ionizzata: essendo infatti il plasma un ottimo conduttore di corrente, esso lascia fluire correnti dell'ordine di migliaia di Ampére, e bastano soli 20 milliAmpére per causare danni fisiologici da folgorazione. In ogni caso, Franklin si ispirò al suo esperimento per l'invenzione del parafulmine, che divenne uno dei simboli dell'illuminismo. Infatti Maximilien de Robespierre (1758-1794) iniziò la sua onorata carriera di avvocato (prima di diventare uno dei protagonisti della Rivoluzione Francese e del Regime del Terrore) proprio difendendo nel 1783 il signor de Vissery de Bois-Valé cui i suoi compaesani volevano far disinstallare il parafulmine da lui posto sul tetto della propria casa, credendo che attirasse i fulmini anziché allontanarli (la causa fu vinta). Fu inoltre prendendo spunto dall'esperimento di Franklin che Mary Shelley (1797-1851) compose il celeberrimo romanzo horror "Frankenstein" (1818), in cui l'omonimo scienziato ridà vita ad un cadavere usando l'energia dei fulmini. A questo proposito, gli Uruk-hai ricordano molto da vicino la creatura di Frankenstein, soprattutto nell'adattamento cinematografico di Peter Jackson, dove appaiono direttamente creati da Saruman per servirlo, anche se le loro origini nel "Signore degli Anelli" non sono chiare, tanto che Barbalbero ipotizza che Saruman abbia incrociato Orchi e Uomini per creare gli Uruk-hai:

« Saruman complotta con gente immonda, come gli Orchetti. Brm, hum! Peggio ancora: sta facendo loro qualcosa, qualcosa di pericoloso. Questi Isengardiani sembrano piuttosto Uomini malvagi. Una caratteristica degli esseri cattivi che accompagnavano la Grande Oscurità era che non tolleravano il Sole; ma gli Orchetti di Saruman lo sopportano benissimo  pur odiandolo. Chissà che cos' ha fatto! Sono essi Uomini ch'egli ha distrutto, o il risultato di un incrocio tra Orchetti ed Uomini? Sarebbe un'atroce malvagità! »
(SdA, libro III, cap. IV)

La creatura di Frankenstein interpretata da Boris Karloff nel 1931 (a sinistra) a confronto con un Uruk-hai nella trilogia di Peter Jackson (a destra): la somiglianza è impressionante!

La creatura di Frankenstein interpretata da Boris Karloff nel 1931 (a sinistra) a confronto con un Uruk-hai nella trilogia di Peter Jackson (a destra): la somiglianza è impressionante!

Sugli esperimenti di Franklin si basarono poi gli studi di Giovanni Battista Beccaria (1716-1781), Luigi Galvani (1737-1798), Alessandro Volta (1745-1827), Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) e André-Marie Ampère (1775-1836), i quali a diverso titolo scoprirono e interpretarono i più noti fenomeni elettrici. Quanto poi al Magnetismo, vi è un riferimento ad esso nel Legendarium tolkieniano? Probabilmente sì. Infatti le navi di Númenor sono descritte in grado di esplorare tutti i mari del mondo:

« Sovra ogni altra arte i Dúnedain coltivavano la costruzione delle navi e l'andar per mare, e divennero marinai simili ai quali mai più se ne vedranno dacché il mondo si è degradato; e percorrere i vasti mari era l'impresa maggiore e l'avventura dei loro gagliardi uomini nei giorni superbi della loro giovinezza. [...] Accadeva dunque che nei loro viaggi i Dúnedain in quei tempi si spingessero dalle tenebre del Nord ai calori del Sud e, più oltre ancora, nella tenebra inferiore; e giungevano persino ai Mari Interni, circumnavigavano la Terra di Mezzo, sì che scorgevano, dalle loro alte prore, i Cancelli del Mattino all'Est. »
(Akallabêth)

Tali vascelli usavano forse delle bussole? Non è certamente da escludersi, vista l'altissima tecnologia di cui probabilmente i Númenoreani dovevano disporre. Del resto, anche nel nostro universo l'invenzione della bussola è molto più antica di quanto si pensi. Già la dinastia cinese degli Han, sul trono dal 206 a.C., utilizzava per orientare le navi dei cucchiai magnetizzati che indicavano il sud; nel IX secolo tali bussole rudimentali furono importate in Occidente dai navigatori arabi, e lo scienziato inglese Alexander Neckam (1157-1217) segnala l'uso di una bussola magnetica per attraversare la Manica nei suoi "De utensilibus" e "De naturis rerum", scritti tra il 1187 e il 1202. Nel suo romanzo storico "L'Ultima Legione" (2002), Valerio Massimo Manfredi (1943-) ipotizza che già nella tarda romanità si usasse un ago magnetico per orientarsi tra le brume del Mare del Nord, ma tale ipotesi non ha mai trovato conferme archeologiche o documentali. In seguito William Gilbert (1544-1603), medico personale della Regina d'Inghilterra Elisabetta I, scoprì il magnetismo terrestre: la Terra si comporta cioè come un immenso magnete, con poli magnetici non coincidenti con quelli geografici e non statici, ed è il suo intenso campo magnetico ad attirare gli aghi delle bussole (in precedenza si credeva che al Polo Nord esistesse una grande montagna magnetica). Le cause del geomagnetismo sono tuttora ignote; l'ipotesi più credibile sostiene che il materiale ferroso allo stato fluido che costituisce il nucleo esterno della Terra, a causa del suo moto di rotazione, induce un campo magnetico piuttosto intenso (teoria della geodinamo). Tale campo magnetico intrappola poi particelle del vento solare, dando vita alle cosiddette Fasce di Van Allen. Anche al magnetismo diedero importanti contributi i già citati André-Marie Ampère e Michael Faraday, fino a che James Clerk Maxwell non formulò le sue quattro celeberrime equazioni, destinate ad unificare campo elettrico e campo magnetico:

I) Teorema di Gauss del Campo Elettrico: il flusso Φ del campo elettrico E attraverso una superficie S chiusa è pari alla somma (Σ) di tutte le cariche Q in essa contenute divisa per la costante dielettrica del vuoto:

     (1)

Essa esprime l'esistenza di monopoli elettrici, cioè di cariche elettriche positive o negative. Di conseguenza il campo elettrico si dice "non solenoidale".

II) Teorema di Gauss del Campo Magnetico: il flusso Φ del campo magnetico B attraverso una superficie S chiusa è sempre pari a zero:

     (2)

Essa esprime l'inesistenza di monopoli magnetici, ma solo di dipoli Nord-Sud; infatti, spezzando in più parti un magnete, non si riesce mai a separare il Polo Nord dal Polo Sud, ma si creano solo altri magneti con entrambi i poli. Di conseguenza il campo magnetico si dice "solenoidale".

III) Legge di Faraday-Neumann-Lenz: la circuitazione del campo elettrico E lungo una linea chiusa è pari alla variazione nel tempo (per essere precisi alla derivata temporale) del flusso del campo magnetico B concatenato con la linea chiusa, cioè le cui linee di forza attraversano una superficie che ha quella linea chiusa come contorno.

     (3)

Essa esprime la conservatività del campo elettrico indipendente dal tempo, ed il fatto che un campo magnetico variabile nel tempo induce in un circuito un campo elettrico a sua volta dipendente dal tempo.

IV) Legge di Ampére-Maxwell: la circuitazione del campo magnetico B lungo una linea chiusa è pari alla permeabilità magnetica del vuoto moltiplicata per la somma tra la corrente di conduzione (dovuta al normale moto di elettroni) e la corrente di spostamento, a sua volta pari alla costante dielettrica del vuoto moltiplicata per la variazione nel tempo (per essere precisi alla derivata temporale) del flusso del campo elettrico E concatenato con la linea chiusa:

     (4)

Essa esprime la non conservatività del campo magnetico, ed il fatto che un campo elettrico variabile nel tempo induce in un circuito un campo magnetico a sua volta dipendente dal tempo.

I simboli Φ(E) e Φ(B) indicano il flusso del campo elettrico e magnetico attraverso una superficie chiusa, mentre C(E) e C(B) indicano la circuitazione (cioè il lavoro) di tali campi lungo una linea chiusa. In effetti, si tratta di complicatissime equazioni integro-differenziali. Oltre ad interpretare tutti i fenomeni elettromagnetici già noti, però, tali equazioni permettono anche di prevedere un altro importantissimo fenomeno. Infatti, combinando tra loro opportunamente le quattro equazioni suddette, si scopre che il campo elettrico E e il campo magnetico B obbediscono a due equazioni assolutamente analoghe nella loro forma:

     (5)

dove ε0 = 8,859 x 10–12 F/m è la costante dielettrica del vuoto, e μ0 = 12,56 x 10–7 H/m è la permeabilità magnetica del vuoto (in presenza di un mezzo sarebbe necessario introdurre la costante dielettrica relativa εr e la permeabilità magnetica relativa μr). Queste equazioni sono riconducibili ad un'equazione ben conosciuta, la cosiddetta equazione di d'Alembert, ideata dal matematico francese Jean-Baptiste d'Alembert (1717-1783), uno dei protagonisti dell'Illuminismo ed ideatore con Denis Diderot dell'"Enciclopedia".

     (6)

Si tratta di un'equazione differenziale alle derivate parziali iperbolica, e la sua caratteristica principale consiste nel fatto che le sue soluzioni sono onde. Di conseguenza, ne risulta che anche i campi elettromagnetici si devono propagare per onde, anche se nessun esperimento, all'epoca di Maxwell, faceva pensare ad una propagazione dei campi elettromagnetici attraverso lo spazio. In pratica, si consideri un elettrone che si muove di moto armonico su un conduttore. Esso genera naturalmente un campo elettrico variabile nel tempo. In base alla quarta equazione di Maxwell (4), la variazione nel tempo del flusso del campo elettrico genera un campo magnetico a sua volta variabile nel tempo; secondo la terza equazione di Maxwell (3), la variazione nel tempo del flusso del campo magnetico produce un campo elettrico; e così via. Nasce così una perturbazione elettromagnetica che si propaga nello spazio e nel tempo, esattamente come da un rapido spostamento di un'estremità di una molla ha origine la propagazione di un impulso elastico che si propaga lungo tutta la molla. Si osservi che, anche se l'elettrone che ha originato l'onda si arresta, la perturbazione elettromagnetica continua a propagarsi per conto suo. Confrontando le (5) con le (6) si ricava che la velocità di queste onde elettromagnetiche è data dalla formula:

Sostituendo i valori delle costanti  e in quest'ultima formula si ricava v = 2,998 x 108 m/s. Ma questa è la velocità della luce c nel vuoto! Questo risultato clamoroso porta a concludere che anche la luce è un'onda elettromagnetica! Se non siamo nel vuoto, bisogna aggiungere al calcolo precedente la costante dielettrica relativa εr e la permeabilità magnetica relativa μr del mezzo considerato, ottenendo così:

La radice a denominatore prende il nome di indice di riflessione assoluto del mezzo considerato, e coincide con il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e quella in quel mezzo, oltre al rapporto costante tra il seno dell'angolo di incidenza e il seno dell'angolo di rifrazione (Legge di Cartesio-Snell). Ne consegue che l'ottica è un capitolo dell'elettromagnetismo, e questo non fece altro che dimostrare lo straordinario potere unificante delle quattro Equazioni di Maxwell.

Il problema principale però consisteva nel fatto che nessuno aveva mai rivelato onde elettromagnetiche, e difatti la teoria elettromagnetica di Maxwell suscitò molte diffidenze tra gli altri scienziati. Questo fino al 1886, quando il fisico tedesco Heinrich Hertz (1857-1894) riuscì a rivelare le onde elettromagnetiche durante una lezione al Politecnico di Karlsruhe, dove era docente. Egli utilizzò un Rocchetto di Ruhmkorff, dispositivo messo a punto da Heinrich Daniel Ruhmkorff (1803-1877) formato da un nucleo di fili di ferro sul quale sono avvolte due bobine, la primaria e la secondaria. Il circuito primario è costituito da poche spire e contiene una batteria, mentre il circuito secondario contiene un elevato numero di spire, è aperto e termina in due elettrodi, che costituiscono il cosiddetto spinterometro del rocchetto. Chiudendo ed aprendo continuamente l'interruttore del primario, tra gli elettrodi dello spinterometro si genera una differenza di potenziale, e quindi anche un campo elettrico indotto, variabile con la stressa frequenza delle vibrazioni dell'interruttore. Se il numero di spire del secondario è abbastanza elevato, tra gli elettrodi dello spinterometro si genera un campo elettrico abbastanza intenso per innescare una scarica elettrica accompagnata da fenomeni luminosi. Davanti al rocchetto, Hertz aveva posto un arco metallico con due sferette piuttosto vicine. Egli si accorse che, ogni qualvolta si generava nello spinterometro una scarica elettrica, se ne induceva una tra le sferette del rivelatore, e le scariche si succedono con la stessa frequenza con cui esse sono prodotte dal rocchetto. Questa era la dimostrazione che il campo elettromagnetico prodotto dal rocchetto si era propagato nello spazio e nel tempo. Dopo la morte prematura di Hertz a neppure 37 anni, l'italiano Augusto Righi (1850-1920) proseguì le ricerche e dimostrò che le onde scoperte da Hertz danno vita a fenomeni di riflessione, rifrazione, interferenza e diffrazione, esattamente come la luce. L'unica differenza consisteva nella lunghezza d'onda: le onde rivelate da Hertz avevano una lunghezza d'onda di 66 cm, quindi enormemente maggiore della lunghezza d'onda della luce visibile, che è compresa tra 4 x 10–5 e 8 x 10–5 cm circa. Esse furono battezzate onde hertziane, ed oggi sono note anche come onde radio, perchè Guglielmo Marconi (1874-1937) le utilizzò nel 1896 per la sua telegrafia senza fili, l'antenata dell'odierna radio. Oggi le trasmissioni radiofoniche in modulazione di ampiezza utilizzano le cosiddette LF (Low Frequency), con una frequenza compresa tra 30 e 300 kHz e una lunghezza d'onda compresa tra un chilometro e 10 km; la banda cittadina e i radioamatori usano le HF (High Frequency) con una frequenza compresa tra 3 e 30 MHz e una lunghezza d'onda compresa tra 10 e 100 metri; le forze dell'ordine, le radio commerciali in modulazione di frequenza e le trasmissioni televisive (di cui si è detto sopra) adoperano le VHF (Very High Frequency) con una frequenza compresa tra 30 e 300 MHz e una lunghezza d'onda compresa tra un metro e 10 metri; le Personal Mobile Radio e la telefonia cellulare sfruttano le UHF (Ultra High Frequency) con una frequenza compresa tra 300 e 3000 MHz e una lunghezza d'onda compresa tra 10 cm e un metro; infine radar e satelliti artificiali usano le SHF (Super High Frequency) con una frequenza compresa tra 3 e 30 GHz e una lunghezza d'onda compresa tra 1 e 10 cm.

Non vi sono però solo le onde radio tra le onde elettromagnetiche. Tutto l'insieme di frequenze che esse possono assumere prende il nome di spettro elettromagnetico, ed è incredibilmente vasto. Esso di solito viene suddiviso nei seguenti sette segmenti, a seconda della lunghezza d'onda e quindi della frequenza:

Tipo di onde

Lunghezza d'onda

Frequenza in Hz

Onde Radio

> 1 m

< 3 x 108

Microonde

1 mm – 1 m

3 x 108 – 3 x 1011

Infrarossi

780 nm – 1 mm

3 x 1011 – 3,9 x 1014

Luce visibile

400 nm – 780 nm

3,9 x 1014 – 7,6 x 1014

Ultravioletti

10 nm – 400 nm

7,6 x 1014 – 3 x 1016
Raggi X 1 pm – 10 nm 3 x 1016 – 3 x 1020
Raggi gamma < 1 pm > 3 x 1020

Qui possiamo vedere le ampiezze dei sette segmenti in scala, dove le lunghezze d'onda si ogni tipo di radiazione sono paragonati ad oggetti con lo stesso ordine di grandezza:

Se la lunghezza d'onda è più corta di un metro, ovvero se la frequenza è superiore ai 300 MHz, non si parla più di onde radio, ma di microonde. Si tratta di onde elettromagnetiche ad alta frequenza, caratterizzate da lunghezze d'onda comprese tra 1 mm e 1 m circa. Esse vengono generate in speciali tubi elettronici detti klystron o magnetron, oppure per mezzo di dispositivi a stato solido.  Le microonde trovano numerose applicazioni, in particolare nel settore delle comunicazioni, in meteorologia e nelle ricerche sulla struttura della materia. Un utilizzo oggi molto diffuso delle microonde è legato alla cottura dei cibi: i forni a microonde permettono di scongelare, riscaldare e cuocere tutti gli alimenti in un tempo molto breve. La possibilità di cuocere i cibi con le microonde fu scoperta dall'americano Percy Spencer (1894-1970), impiegato della Raytheon, mentre realizzava magnetron per apparati radar: nel 1945, mentre lavorava su un radar acceso, notò che la tavoletta di cioccolato che aveva in tasca si era sciolta. I primi forni a microonde furono commercializzati nel 1947, ma erano costosissimi; solo negli anni settanta del secolo scorso si diffusero in tutte le case. Un forno a microonde avrebbe fatto molto comodo a Bilbo e ai suoi amici nani, ad esempio in questa situazione, all'inizio della loro marcia verso la Montagna Solitaria:

« Alla fine decisero che avrebbero dovuto accamparsi dov'erano. Si spostarono sotto un folto d'alberi e, sebbene lì sotto fosse più asciutto, il vento scuoteva via la pioggia dalle foglie e il continuo sgocciolio era veramente insopportabile. Il malocchio sembrava aver colpito perfino il fuoco. I nani sono capaci di accendere il fuoco praticamente dappertutto servendosi praticamente di qualsiasi cosa, vento o non vento; ma quella notte non ci riuscirono neanche Oin e Gloin che avevano una particolare abilità a farlo. »
(Lo Hobbit, cap. II)

Un forno a microonde, infatti, non sfrutta né il fuoco né altra fonte di calore. Il klystron invece genera un campo elettrico alternato con la frequenza delle microonde, tipicamente 2,45 GHz, che corrispondono ad una lunghezza d'onda di 12 cm, e con una potenza solitamente compresa tra 800 W ed 1 kW. Le microonde, inviate nella cavità del forno, fanno entrare in risonanza l'acqua, i grassi e i carboidrati che costituiscono il cibo, perchè le loro molecole costituiscono dei dipoli elettrici, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa. Il campo elettrico alternato che le investe, cambiando continuamente il suo verso, induce le molecole a ruotare. Questo movimento genera calore a causa dell'attrito contro le molecole vicine, e si ha quindi un riscaldamento dell'acqua che costituisce la maggior parte del cibo da cuocere. Questo processo prende il nome di riscaldamento dielettrico. Tuttavia pentole e posate di metallo e fogli di alluminio possono produrre scintille se esposti alle microonde, e componenti in plastica possono fondere generando vapori tossici; l'uso domestico di questi tipi di forno perciò richiede perizia ed attenzione.

Al di là delle microonde, quindi per lunghezze d'onda inferiori al millimetro, troviamo un altro tipo di radiazione, i raggi infrarossi. La loro caratteristica principale consiste nel fatto che si manifestano sotto forma di calore; ponendo una mano davanti a un ferro da stiro, infatti, noi avvertiamo una sensazione di caldo per via di queste particolari radiazioni. Esse possono essere rivelate con particolari strumenti, detti bolometri, e vengono sfruttate in dispositivi per la visione notturna o per scattare fotografie in situazioni di scarsa visibilità; poiché (a differenza della luce visibile) esse non vengono diffuse dalla foschia, ci consentono di fotografare oggetti lontani anche in condizioni meteorologiche avverse. Sempre il nostro eroe Bilbo ha esperienza diretta dei raggi infrarossi quando, nel corso della propria (dis)avventura, ricorda con nostalgia quando se ne stava tranquillamente spaparanzato davanti al caminetto, a farsi riscaldare dal tepore di quei raggi emessi dalle fiamme:

« Accidenti agli scassinamenti e a tutto quello che ci ha a che fare! Quanto vorrei essere a casa nella mia bella caverna accanto al fuoco, con la cuccuma che incomincia a fischiare!" Non fu l'ultima volta che espresse questo desiderio! »
(Lo Hobbit, cap. II)

Tra i 400 e i 790 nanometri di lunghezza d'onda (un nanometro equivale a un milionesimo di millimetro) troviamo lo spettro della luce visibile. Per lunghezze d'onda inferiori, invece, ecco i raggi ultravioletti, così detti perchè si trovano al di là (ultra in latino) della luce viola. Essi hanno lunghezza d'onda compresa tra i 15 e i 400 nanometri, e sono caratterizzati dal fatto di avere un elevato potere ionizzante e di favorire numerose reazioni fotochimiche. In particolare i raggi ultravioletti possono stimolare nella pelle umana la formazione della vitamina D (precisamente della sua variante chiamata ergocalciferolo), la cui carenza provoca una malattia gravissima tipica dell'età infantile, il rachitismo, caratterizzata dal difetto di ossificazione dell'apparato scheletrico, con conseguente gracilità e deformabilità delle ossa lunghe. Questa malattia interessava ed interessa soprattutto i bambini cresciuti in ambienti bui e malsani, in particolare nei "bassi" e negli slum delle grandi città del Terzo Mondo. I bambini affetti da questa patologia appaiono pallidi, faticano ad alzarsi in piedi, si affaticano facilmente, la deformazione della cassa toracica rende difficile la respirazione, la cute, che è molto delicata e si arrossa per un nonnulla, e l'addome è tipicamente globoso. Questa descrizione non può non farci venire in mente l'immagine di Gollum, soprattutto come ci viene descritta ne "Lo Hobbit":

« Qui, nel profondo, presso l'acqua scura, viveva il vecchio Gollum, un essere piccolo e viscido. Non so da dove venisse o che cosa fosse. Era Gollum, scuro come l'oscurità stessa, eccezion fatta per due grandi occhi rotondi e pallidi nel viso scarno. »
(Lo Hobbit, cap. V)

« Giù per il dirupo a strapiombo, che pareva quasi liscio al pallido chiaro di luna, si muoveva una piccola figura nera aggrappandosi con tutte e quattro le esili membra nere. ...Pareva avesse zampe appiccicose, come qualche grosso strano insetto. Scendeva con la testa avanti e sembrava che fiutasse la via; di tanto in tanto la alzava lentamente, capovolgendola quasi sul lungo collo magro, e gli Hobbit scorgevano due piccole luci pallide, due occhi che, abbagliati dalla luna, venivano presto coperti dalle palpebre. »
(SdA, libro IV, cap. I)

A sinistra; radiografia di un bambino affetto da rachitismo. A destra: Gollum

A sinistra; radiografia di un bambino affetto da rachitismo (da questo sito). A destra: Gollum.

In realtà Gollum era una creatura straordinariamente forte e tutt'altro che malaticcia, tuttavia la tentazione di immaginare che essa fosse affetta da rachitismo per via della vita nell'oscurità è troppo forte, per non parlarne in questa sede. La radiazione ultravioletta che giunge dal Sole è parzialmente schermata dai gas che compongono l'atmosfera, in particolare dallo strato di ozono presente nella stratosfera; per questo la sua distruzione ad opera delle attività umane è particolarmente deleteria per gli organismi viventi, dato che l'esposizione ad una dose eccessiva di raggi ultravioletti può provocare gravi ustioni e, se prolungata, persino tumori della pelle. Molti animali, tra cui soprattutto insetti, come le api, possono vedere i raggi ultravioletti ad alta frequenza (il cosiddetto ultravioletto vicino), e i fiori hanno spesso nervature e disegni visibili solo nell'ultravioletto, in modo da attirare gli impollinatori.

Al di là dei raggi ultravioletti, per lunghezze d'onda inferiori ai 10 nanometri, troviamo i raggi X, radiazioni elettromagnetiche estremamente penetranti scoperte piuttosto casualmente l'8 novembre 1895 dal fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Questi stava studiando i raggi catodici con un tubo a vuoto tra i cui elettrodi vi era un'altissima tensione; improvvisamente, mentre il dispositivo era acceso, Röntgen osservò un'intensa fluorescenza sopra una lastra di platinocianuro di bario posta sul tavolo di lavoro. Visto che la fluorescenza non scompariva neppure schermando accuratamente il tubo con un foglio di carta nera, il fisico ne dedusse che il dispositivo doveva generare in qualche maniera una radiazione capace di attraversare un mezzo opaco alla luce visibile, e quindi dotata di un'energia (e di una frequenza) maggiore di essa. Inoltre, mentre spostava la lastra, Röntgen si rese conto con somma meraviglia che su di essa appariva l'ombra delle ossa della propria mano. Questo straordinario fenomeno, non meno "magico" di certi incredibili fenomeni descritti da Tolkien nel suo Legendarium, lo convinse di trovarsi di fronte a misteriosi raggi in grado di attraversare i tessuti umani, ma non le ossa o i metalli.

Dopo essere rimasto chiuso per un mese nel proprio laboratorio a studiare i nuovi raggi, il 28 dicembre 1895 egli comunicò all'Accademia di Medicina dell'Università di Würzburg, presso cui allora insegnava, i risultati delle sue ricerche, che subito destarono grandissima impressione e furono confermati da molti altri laboratori, tanto che, appena tre mesi dopo la loro scoperta, i nuovi raggi vennero utilizzati per realizzare le prime radiografie presso l'ospedale di Vienna. Essi letteralmente rivoluzionarono la medicina, e resero possibile la diagnosi di malattie senza bisogno di interventi invasivi. Per la sua scoperta, il nostro scienziato fu il primo di una lunga serie ad essere insignito del Premio Nobel per la Fisica, nel 1901; nel 2004, poi, gli è stato intitolato l'elemento con Z = 111, il Röntgenio. Oggi sappiamo che i nuovi raggi, battezzati da Röntgen raggi X perchè ne ignorava la natura (la X simboleggia l'incognita matematica), sono onde elettromagnetiche con una lunghezza d'onda compresa tra 10–8 e 10–10 metri, che vengono prodotti ogni qualvolta un fascio di elettroni di elevata energia viene bruscamente frenato dalla materia, ad esempio collidendo contro un anodo di metallo pesante. Noi sappiamo, in base alle equazioni di Maxwell, che una carica accelerata irraggia fatalmente la propria energia. Ciò vale anche se la carica subisce un'accelerazione negativa, cioè un brusco frenamento: l'energia cinetica viene irraggiata sotto forma di onde elettromagnetiche ad altissima frequenza (tra i 1016 e i 1020 Hz). Si parla in proposito di "effetto Bremsstrahlung" (in tedesco "frenamento"). I raggi X provocano la ionizzazione dei gas che attraversano, in alte dosi sono molto pericolosi e, come verificò per primo lo stesso Röntgen, destano il fenomeno della fluorescenza in particolari sostanze come il platinocianuro di bario o il tungstato di calcio.

Sopra: Gandalf impugna la sua spada magica Glamdring. Sotto: un campione di Aragonite proveniente da una miniera siciliana, fotografata sotto luce naturale (a sinistra) e sotto esposizione di raggi ultravioletti (a destra), da questo sito

A questo proposito, val la pena di aggiungere due parole sul fenomeno della fluorescenza, perchè in un certo qual modo la si può rintracciare nel Mondo Secondario, allorché Tolkien descrive la spada di Gandalf, Glamdring la Battinemici, che brilla nell'oscurità se degli Orchi sono nelle vicinanze (pag. 83-84)

« Improvvisamente una spada sfolgorò di luce propria. Bilbo la vide infilarsi diritta nel Grande Orco [...] Gandalf sfoderò ancora la spada, e nel buio essa sfolgorò di nuovo di luce propria. Ardeva di una collera che la faceva scintillare, se in giro c'erano ancora degli orchi; ora era vivida come una fiamma blu per la gioia provata nell'uccidere il potente signore della caverna. »
(Lo Hobbit, cap. IV)

La fluorescenza fu scoperta nel 1845 da John Herschel (1792-1871), figlio del noto astronomo William Herschel, lo scopritore di Urano; egli infatti osservò che una soluzione incolore di solfato di chinino, se esposta alla luce del sole, sviluppava una colorazione superficiale blu, ma solo nel XX secolo tale fenomeno fu interpretato alla luce della struttura atomica della materia. Infatti, come vedremo nella prossima lezione, una radiazione incidente (raggi ultravioletti o raggi X) può eccitare gli atomi della sostanza fluorescente, facendo sì che un elettrone salti su di un livello energetico più esterno e quindi più energetico. In pochi nanosecondi, tuttavia, l'elettrone eccitato ritorna sul livello di partenza, e la differenza di energia tra i due livelli viene emessa sotto forma di un fotone che ha una lunghezza d'onda maggiore rispetto alla radiazione incidente (non necessariamente nello spettro visibile): questa luce è detta "fluorescenza". Di solito la luminescenza cessa quasi subito dopo aver eliminato la radiazione eccitante; se la radiazione continua ad essere emessa per un certo lasso di tempo dopo aver spento la sorgente eccitante, si parla invece di fosforescenza (tale nome deriva dalla caratteristica colorazione, osservabile al buio, assunta dal fosforo bianco in seguito ad ossidazione all'aria).

Un caso particolare è rappresentato dalla fluorescenza a raggi X, che consiste nell'emissione di raggi X caratteristici quando la materia è bombardata con raggi X di alta energia o raggi gamma. Questa fluorescenza ad alta energia risulta importante perchè, in virtù della quantizzazione dei livelli energetici nell'atomo, ogni valore di frequenza emessa corrisponde ad un particolare elemento, e quindi le radiazioni X prodotte permettono di identificare gli elementi mediante indagini spettroscopiche. In particolare la fluorescenza X ha avuto grandi applicazioni nella geochimica, nell'archeologia e nelle scienze forensi.

I raggi X però non rappresentano l'ultima regione dello spettro elettromagnetico. Per lunghezze d'onda inferiori ai 10–12 metri e per frequenze superiori ai 1022 Hz abbiamo i cosiddetti raggi gamma, resi famosi dai cartoni animati giapponesi anni settanta (la sigla del "Grande Mazinga" recitava tra l'altro: « forte, / con una mano spacca una montagna, / dagli occhi sputa fuori raggi gamma... »). Anche la scoperta di questa radiazione elettromagnetica di altissima frequenza è stata del tutto casuale, essendo legata alla scoperta della radioattività compiuta nel 1896 dal francese Antoine Henri Becquerel (1852-1908). Di questa scoperta riparleremo in uno dei capitoli seguenti; per ora basti dire che la radioattività si compone di tre raggi, battezzati raggi alfa, beta e gamma. I raggi alfa risultarono essere nuclei di elio; i raggi beta sono elettroni molto più energetici di quelli che ruotano nell'atomo intorno al nucleo; invece i raggi gamma sono fotoni estremamente energetici, emessi direttamente dal nucleo in seguito a transizione da uno stato eccitato ad uno ad energia più bassa. Le transizioni elettroniche emettono radiazioni con frequenza tipica della luce visibile, mentre quelle nucleari producono energie estremamente più alte, fra 10 KiloelettronVolt e i 10 MegaelettronVolt, e questo fa sì che i raggi gamma sono talmente energetici, che per fermarli occorrono dieci centimetri di calcestruzzo, o un centimetro di piombo.

I raggi gamma provengono anche dallo spazio, prodotti fa fenomeni come esplosioni di supernova o collasso di buchi neri; dato che l'atmosfera terrestre fortunatamente li arresta, per studiare quei raggi gamma sono stati messi in orbita satelliti appositi come i satelliti Fermi della NASA ed Integral dell'ESA. Negli anni settanta i satelliti statunitensi Vela, costruiti per rivelare flash di raggi gamma prodotti dalle esplosioni di ordigni nucleari sulla Terra, registrarono intense emissioni di lampi gamma provenienti invece ma dallo spazio profondo. L'origine di questi lampi, oggi noti come Gamma Ray Burst, resta misteriosa; essi sembrano provenire da molto lontano, forse da miliardi di anni luce di distanza, e secondo alcuni provengono dall'esplosione delle cosiddette ipernove, supernove che originano direttamente buchi neri anziché stelle di neutroni. I raggi gamma oggi sono usati anche per scopi diagnostici nella medicina nucleare, come nel caso della tomografia ad emissione di positroni.

Il fotomontaggio mostra la Torre Oscura di Barad-dûr distrutta dal Gamma Ray Burst generato dall'esplosione di una ipernova!

Il fotomontaggio mostra la Torre Oscura di Barad-dûr distrutta
dal Gamma Ray Burst generato dall'esplosione di una ipernova!

Prima di chiudere, dopo aver parlato di tanti tipi diversi di raggi, può essere utile fare un riferimento ai cosiddetti "raggi N", poiché si tratta di una vicenda emblematica. Infatti, mentre Röntgen scopriva i raggi X, altri scienziati, invidiosi della sua fondamentale scoperta, si erano messi alla ricerca di qualcosa di ancor più epocale, tale da consacrarli nell'olimpo della storia della scienza. Si può dire che cercavano quel "qualcosa" non ancora scoperto con lo stesso accanimento con cui Gollum, nelle parole di Gandalf, bramava di impossessarsi di nuovo del suo "tessoro" sottrattogli da Bilbo:

« [Gollum] aveva terrore di qualcos'altro, oltre che di me. Borbottava minaccioso che si sarebbe ripreso ciò che gli apparteneva; avrebbe fatto vedere lui alla gente come reagiva contro chi l'aveva preso a calci e costretto a finire in una caverna, ed infine derubato. Gollum aveva ora dei buoni amici, affezionati e molto molto forti. Essi l'avrebbero aiutato e gliel'avrebbe fatta pagare ai Baggins! Questo pensiero lo ossessionava. Odiava Bilbo e lo malediceva [...] Infine uscì [dal suo antro]. Il desiderio dell'Anello fu più forte della paura degli Orchetti, e persino del suo odio verso la luce! »
(SdA, libro I, cap. II) 

Un'ossessione del genere portò un noto fisico francese, Prosper-René Blondlot (1849-1930), ad annunciare al mondo il 23 marzo 1903 di aver scoperto a sua volta un nuovo tipo di radiazione, che battezzò raggi N, in onore di Nancy, la sua città natale. Egli sosteneva che, una volta acceso il tubo per la produzione di raggi X, con la coda dell'occhio aveva osservato un lieve aumento di luminosità di una scarica elettrica. Blondlot di convinse di aver scoperto un nuovo tipo di radiazione, e affermò che qualunque sostanza, inclusi i tessuti umani, era in grado di produrla, ipotizzando future, rivoluzionarie applicazioni in campo medico; solo il legno secco non sarebbe stato in grado di emetterli. La maggior parte degli scienziati del mondo però, inclusi i famosi Lord Kelvin (1824-1907), Heinrich Rubens (1865-1922) e Paul Langevin (1872-1946), non riusciva a vedere i presunti effetti dei raggi N. La scienza francese continuava a lodare la "scoperta" di Blondlot solo a causa dell'accesa competizione tra le nazioni europei immediatamente prima della Grande Guerra: i raggi X apparivano come una scoperta "prussiana", in opposizione ai raggi N, una scoperta francese D.O.C. Alla fine, la questione fu risolta dal fisico statunitense Robert Williams Wood (1868-1955), uno dei maggiori esperti al mondo di spettroscopia (l'argomento della prossima lezione), il quale su sollecitazione di Rubens su recò a casa di Blondlot, dove quest'ultimo cercò in tutti i modi di convincerlo che i raggi N esistevano, e che se egli non li vedeva, era colpa dei suoi occhi non abbastanza sensibili. A un certo punto però, mentre il laboratorio era immerso nel buio, egli sostituì il blocco di metallo che doveva produrre con i raggi N con uno di legno secco, l'unica sostanza che secondo Blondlot non era in grado di produrli, e Blondlot continuò ad asserire di vedere le scariche elettriche aumentare la propria luminosità; in seguito tolse addirittura il prisma di alluminio dallo spettroscopio con cui Blondlot studiava i suoi amati raggi N, e quest'ultimo insistette nel vedere le righe spettrali caratteristiche di quei raggi fantasma. A questo punto Wood fu sicuro che Blondlot e i suoi assistenti avevano solo immaginato il fenomeno, e spedì a "Nature" una lunga lettera nella quale raccontava l'accaduto, pur senza mai fare il nome di Blondlot. Oggi sappiamo che il fisico francese, oltre a sognare la fama imperitura con una scoperta tale da far impallidire quella di Röntgen, commise un errore fatale affidandosi alla visione periferica: l'aumento di luminosità che egli aveva creduto di vedere non era altro che un'illusione ottica, causata dal guardare lo schermo con la coda dell'occhio. Il nome di Blondlot così è passato alla storia, ma non per la scoperta del secolo, bensì come un monito contro i pericoli della suggestione e dell'autoinganno perché, quando si cerca qualcosa con tanta foga e con tanto entusiasmo, prima o poi si finisce per credere di averla trovata. E questo non va propriamente a braccetto con il metodo scientifico.

Partendo dal principio di funzionamento del televisore, siamo così giunti ad analizzare l'intera estensione dello spettro elettromagnetico. Solo una curiosità ci resta da soddisfare: che fine fece il Palantír rubato da Pipino? Non dimentichiamo che esso non era un pezzo unico, ma costituiva una delle sette pietre regalate dagli Eldar ai Dúnedain, che dopo la caduta di Númenor erano state salvate da Elendil e portate nella Terra di Mezzo. Alla fine della Terza Era, una era caduta nel fiume Anduin e perduta per sempre, due erano scomparse durante un naufragio nella baia ghiacciata di Forochel, una fu portata a Valinor da Elrond, una (quella in mano a Sauron) andò distrutta nel crollo della torre di Barad-dûr, una fu resa inutilizzabile dal fatto che Denethor era morto bruciato vivo stringendola tra le mani, e la settima, quella appunto di Orthanc che tanto aveva destato la curiosità di Pipino, fu ereditata da Aragorn e quindi dai re dei Regni riuniti nella Quarta Era. Speriamo che essi ne abbiano fatto un uso migliore di Saruman e di Sauron!

 

Nel corso di questa lezione abbiamo già fatto riferimento a concetti, come quello della diseccitazione di stati energetici atomici o nucleari, che esulano dalla Fisica Classica, incarnata nelle equazioni di Maxwell, e sono già parte della Fisica Atomica e Nucleare. A questo punto non ci resta che inoltrarci in questi rami del sapere scientifico, percorso durante il quale scopriremo che anche gli sviluppi contemporanei della Fisica sono rintracciabili nel "Legendarium" di Tolkien! Se volete toccare con mano la veridicità di questa mia affermazione, cliccate qui e passate alla lezione seguente.