Nuvole, mucchi di terra e medaglia Fields 2018

Le nuvole sono uno degli argomenti di cui spesso ci occupiamo su CM. Esse determinano le precipitazioni e hanno una fondamentale importanza nel regolare lo scambio radiativo tra la superficie della Terra e lo spazio profondo. Chi si occupa di meteorologia ha a che fare quotidianamente con fronti meteorologici e tutti abbiamo imparato che essi sono responsabili delle siccità o delle alluvioni. Uno dei problemi che più di ogni altro angustia i meteorologi è l’imprevedibilità del comportamento di questi fronti: essi cambiano in modo repentino e risulta estremamente difficile modellarli matematicamente.

La forma di una nuvola cambia in modo continuo nel tempo ed è determinata dai movimenti delle particelle che la costituiscono. Per poter stabilire come evolverà la forma di una nuvola, è necessario, quindi sapere come si sposteranno le particelle che la costituiscono.In natura i corpi si muovono in modo tale da rendere minima l’energia del sistema. Questo è il motivo per cui i corpi pesanti cadono verso terra e non volano in aria. Nel caso delle nuvole le particelle che le costituiscono, possono essere considerate come un insieme di corpi che si muovono in modo tale da rendere minimo il consumo di energia, diciamo che il loro moto è ottimale da un punto di vista energetico. Ciò è noto sin dagli anni novanta del secolo scorso come “problema semi-geostrofico”.

E a questo punto dobbiamo per forza introdurre i mucchi di terra. Per farlo dobbiamo fare un grande passo indietro ed arrivare alla fine del diciottesimo secolo, allorché Gaspard Monge, nel 1781, si pose il problema di rendere minimo il costo economico del trasporto di massa. In poche parole il problema può essere così schematizzato: assegnata una certa configurazione iniziale di massa (A) ed una configurazione finale (B) della stessa massa, detta F(x) una funzione che rappresenta lo spostamento della particella x dalla configurazione A alla configurazione B, supposto che il costo del trasporto sia direttamente proporzionale alla lunghezza del trasporto, determinare la funzione che presenta il minimo costo (problema del trasporto ottimale). Da un punto di vista pratico il problema potrebbe essere il seguente: devo costruire una fortificazione (dei terrapieni) utilizzando terra che prelevo da una cava posta in un determinato luogo, determinare il percorso più economico (trasporto ottimale) per trasportare la terra dalla cava al luogo dove realizzare la fortificazione (mucchi di terra).

Da un punto di vista matematico ci chiediamo se questo trasporto ottimale esiste e se esso è unico: si tratta di un problema assolutamente non banale e su di esso i matematici hanno lavorato a lungo.

Il problema del trasporto ottimale fu affrontato negli anni quaranta del secolo scorso dall’economista russo L. Kantorovich che ricorse, però, ad uno stratagemma: divise il percorso in tanti percorsi nel senso che la massa di terra iniziale viene divisa in tante parti quanti sono i mucchi da realizzare e per ogni mucchio si segue un percorso diverso. La soluzione di Kantorovich fu apprezzata tanto che nel 1975 gli fu assegnato il premio Nobel per l’economia. Matematicamente la cosa lasciava, però, ancora a desiderare: ad un’unica cava corrispondevano più recapiti e, quindi, non vi era corrispondenza univoca tra cava e mucchi.

Negli anni ottanta del secolo scorso il trasporto ottimale fu utilizzato per risolvere problemi di meccanica dei fluidi da Y. Brenier. Egli scoprì che il trasporto ottimale esisteva ed era unico, se il costo era proporzionale non alla distanza, ma al quadrato della distanza.

Nel decennio successivo fu risolto anche il problema originario, ovvero costo uguale alla distanza, ma la cosa interessante è che il problema matematico si prestava ad essere utilizzato in molti campi, ad esempio, e qui torniamo alle nuvole, nella meccanica dei gas.

Nel corso degli anni novanta del secolo scorso, R. McCann applicò il concetto di trasporto ottimale ad una distribuzione di gas. Egli fece vedere che se il trasporto ottimale consentiva di inviare un punto da x ad y in un tempo t, era possibile determinare tutte le condizioni intermedie tra x ed y. Detto in altri termini, il trasporto ottimale consente di trattare in modo deterministico l’evoluzione della distribuzione di gas, ovvero le nuvole.

A partire dal 2005 il prof. Alessio Figalli e colleghi hanno cominciato a studiare un’equazione alle derivate parziali non lineare del secondo ordine nota come equazione di Monge-Ampère. Dopo circa sette anni di lavoro, quindi nel 2012, hanno ottenuto dei risultati per i fluidi. L’equazione di Monge-Ampère nella versione studiata da Figalli e colleghi, utilizza il concetto di trasporto ottimale, applicandolo all’energia superficiale di cristalli, bolle di sapone e nuvole. In questo caso si minimizza l’energia superficiale delle distribuzioni di gas e, teoricamente, si riesce a modellare l’evoluzione di un cristallo, di una bolla di sapone o di una nuvola.

Volutamente ho utilizzato l’avverbio “teoricamente” in quanto il matematico crea gli strumenti per poter affrontare un problema fisico che sarebbe irrisolvibile senza quegli strumenti matematici. Per questo importante contributo alla progressione della conoscenza al prof. Alessio Figalli è stata conferito il più ambito riconoscimento per un matematico sotto i 40 anni, l’equivalente del Nobel in altre discipline: la medaglia Fields 2018. Al prof. A. Figalli vanno le mie più vive felicitazioni per il risultato conseguito e non credo di sbagliare se aggiungo quelle di tutti gli amici e lettori di Climatemonitor.

E per finire vorrei consentirmi una libertà inusuale nei miei post, spero me la perdonerete, perché è qualcosa di profondamente personale. Questo riconoscimento mi ha colpito per due motivi. Il primo perché è stato attribuito ad un italiano che si è formato interamente in Italia nella tanto bistrattata scuola pubblica di cui sono uno dei tanti operatori. Tutta la sua carriera accademica, purtroppo, si è svolta all’estero e ciò la dice lunga su quello che aspetta i nostri giovani, dopo che hanno terminato il loro percorso formativo. Il secondo perché A. Figalli ha seguito studi classici, nel senso che ha frequentato il liceo classico. Io insegno matematica e fisica in un liceo classico e lotto tutti i giorni contro il disinteresse degli alunni per le discipline scientifiche e contro l’idea che al classico si iscrive chi non va bene in matematica. Ultimamente mi è capitato di sentir dire ad una collega che una mia studentessa che riusciva bene in matematica e fisica e meno bene in greco, “aveva sbagliato scuola”. E’ stato un pugno allo stomaco che ancora fa sentire i suoi effetti. Il successo di A. Figalli dimostra che la mia collega si sbagliava e, per me, rappresenta uno sprone: insistere, insistere ed insistere.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...Facebooktwittergoogle_pluslinkedinmail
Licenza Creative Commons
Quest'opera di www.climatemonitor.it è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione - Non commerciale 4.0 Internazionale.
Permessi ulteriori rispetto alle finalità della presente licenza possono essere disponibili presso info@climatemonitor.it.

Author: Donato Barone

Share This Post On

18 Comments

  1. Suggerisco di ribaltare la retorica della fuga dei cervelli italiani e di vivere l’irradiazione della cultura italiana nel mondo come una missione che ci è propria. Nella nostra coscienza collettiva dimorano le tracce della vocazione peculiare di Roma (imperiale prima e papale poi) che ci porta a creare conoscenza, bellezza, giustizia, etc. in tutto il mondo.

    Per le sue ricerche, Figalli ha utilizzato strutture americane, francesi e svizzere come il genovese Cristoforo Colombo utilizzo’ le caravelle spagnole per scoprire il continente che porta il nome del fiorentino Americo Vespucci. Poi Antonio Meucci invento’ il telefono negli Stati Uniti, Amadeo Giannini vi fondo’ la Bank of America, suor Francesca Saverio Cabrini i grandi ospedali di New York e Chicago, e Giuseppe Bixio (fratello di Nino) l’università di San Francisco.

    E come poteva essere diversamente? Fu il medico, filosofo e saggista toscano Filippo Mazzei che stese la dichiarazione d’indipendenza americana. Sua è la frase: “Tutti gli uomini sono per natura liberi ed indipendenti”. La bandiera a strisce alternate di Ugo di Toscana gli ispiro’ anche la famosa “Stars and Stripes”.
    Gli italiani poi non si preoccupano del copyright. Infatti anche la statua della libertà è una specie di plagio della “Legge Nuova” e della “Legge Vecchia” che si trovano sulla facciata del Duomo di Milano. Il plagio lo hanno fatto i francesi Frédéric Auguste Bartholdi e Gustave Eiffel. D’altronde i francesi ci hanno provato anche con la loro marsigliese, la cui melodia fu in realtà composta dal piemontese Giovanni Battista Viotti.

    Gli italiani che sono oggi all’estero continuano questa grance storia.

    Per la piccola storia, nel 2017 il progetto europeo MODEXTREME, che ho coordinato per l’Institut National de la Recherche Agronomique, ha ricevuto la ricompensa “Etoiles de l’Europe” del Ministero della Ricerca francese (http://www.horizon2020.gouv.fr/cid123856/cinquieme-edition-des-etoiles-europe-les-chercheurs-recompenses-pour-leur-engagement-europeen.html). Anch’io ho la grazia di camminare sulle spalle di giganti…

    Post a Reply
    • Suggerimento accettato! 🙂
      Giusto per restare in tema, stamattina parlavo di didattica delle scienze con una ricercatrice di un’università australiana i cui genitori emigrarono in Australia dal mio paesello oltre mezzo secolo fa Lei era poco più che neonata).
      Il mondo è piccolo!
      p.s.: Gianni, quando parlavo di ricercatori che danno lustro all’Italia all’estero e che ci onorano con i loro commenti su queste pagine, mi riferivo anche a te. Permettimi di congratularmi per il riconoscimento accordato al tuo gruppo di ricerca.
      Ciao, Donato.

    • Gianni ha ragione, ma c’è anche il rovescio della medaglia.

      Cristoforo Colombo non ci guadagnò niente (note le sue vicissitudini su concessioni eccetera), né ci guadagnò la Repubblica di Genova, perché giustamente i ricavi andarono a chi vi investì.

      Meucci finì in povertà.

      Favale di Malvaro (luogo d’origine di Giannini) è rimasto il paesino di montagna che era un tempo, credo oggi sconosciuto persino a metà dei genovesi.

      Francesca Cabrini agì per amor di Dio e non per aver qualcosa in cambio.

      Ecco, ogni tanto anche nella vita terrena un rientro per il nostro paese sarebbe cosa buona… ma alla fine non c’è, se non in gloria. Ma di quella ne abbiamo già a palate.

  2. Intanto mi associo ai complimentyi a Figalli, poi nella mia vita lavorativa ho incontrato moltissimi “fisici” ma, per quanto vale il mio giudizio, quelli che mi hanno più “impressionato” avevano tutti fatto il classico prima di laurearsi in fisica.

    Post a Reply
  3. @donato

    Mi scuso… ho trovato questo… sulla storia di Figalli in Francia… secondo il CNRS lui sarebbe ancora adesso dipendente CNRS “distaccato” all’ETH di Zurigo…

    https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-08/c-cca080118.php

    “The 2018 Fields Medal has been awarded to Alessio Figalli, a CNRS researcher since 2007 currently seconded to ETH Zurich (Swiss Federal Institute of Technology). ”

    En passant citano il fatto che Figalli ha passato svariati anni in Texas… cosa che non avevo letto o sentito da nessuna parte prima. Certo che per avere solo 34 anni ha gia’ viaggiato e accumulato tanta esperienza, veramente bravo!

    R.

    Post a Reply
    • Grazie Donato per le parole di apprezzamento. La mia è solo una piccola storia che non ha niente di comparabile con quelle dei grandi italiani che abbiamo menzionato in questi giorni. Alessio Figalli a 27 anni era professore ordinario all’Università del Texas, mentre io a 40 anni ero disoccupato e a chiedere una grazia sul cammino di Santiago (grazia che in effetti è arrivata con l’invito ad andare a lavorare all’INRA).

      Nel mio commento ho solo tentato di suggerire una maniera diversa di guardare agli italiani. Siamo portatori di uno spirito italico che, forgiato da una cultura più che bimillenaria, persiste e continua a costruire cose buone in tutto il mondo. Trovo inappropriato parlare di cervelli in fuga. Vedo piuttosto dei missionari que l’Italia prima forma poi invia in tutto il mondo per renderlo un luogo un po’ più civile per tutti.
      Forse fa parte dello spirito italico anche un principio di umiltà che ci fa preferire la lamentela continua all’affermazione della nostra grandezza (in fondo l’Italia è terra di Santi, che non amano apparire).

      E, sia detto tra noi, solo degli italiani potevano concepire e realizzare un blog come Climate Monitor, di straordinario valore umano oltreché scientifico. Saluti a tutti.

    • Gianni,
      in tanti anni di lavoro e passione, in cui si sono aggiunte via via delle persone straordinarie alla comunità di CM, nessuno aveva mai fatto a queste pagine un complimento così. Ti ringrazio di cuore e solo questo vale mille volte il tempo e la fatica dedicati a queste pagine.
      Guido

  4. @donato

    Bell’articolo!… grazie di averlo scritto.
    Ho solo un appunto da fare…

    “Questo riconoscimento mi ha colpito per due motivi. Il primo perché è stato attribuito ad un italiano che si è formato interamente in Italia nella tanto bistrattata scuola pubblica di cui sono uno dei tanti operatori. ”

    Questo non e’ corrretto. Il dottorato l’ha fatto in Francia, ed il CNRS (l’agenzia governativa che si occupa e finanza la ricerca pubblica in Francia) gli ha dato un lavoro prima che avesse il diploma in mano, perche’ si erano accorti del valore del ricercatore.

    La prova e’ qui…

    https://news.cnrs.fr/articles/alessio-figalli-fields-medal-2018

    … dove parlano di Figalli come se fosse “uno dei loro”.

    Un ex vincitore della stessa medaglia Fields (2010), Cedric Villani (*vedi sotto), attuale membro del gruppo parlamentare “En marche” del presidente Macron, ha scritto un bell’articolo su Figalli, elogiando il nostro connazionale, e definendolo un vero “genio”.

    Personalmente vedo l’intera situazione non come una conferma della bonta’ della scuola italiana, quanto una conferma della NON bonta’ del sistema italia, che spende tanto per formare giovani ricercatori per poi perderne la maggior parte…. trovano pascoli piu’ verdi all’estero.
    Nei 25 e passa anni che son via dall’Italia ho visto le cose andare sempre peggio… per cui non sono neanche ottimista per il futuro. 🙁

    Questo genere di problemi si sta ponendo anche in Francia, a causa dei continui tagli ai budget della ricerca pubblica… come spiegato in questo breve estratto dall’articolo linkato qui sopra:

    “The very fact that the CNRS was able to offer Alessio Figalli a post at the extremely young age of 23 doubtless played a cardinal role in his career, and to my mind, research fellow positions at this institution are key to bolstering France’s competitiveness on the world stage.
    Nevertheless, Alessio Figalli did choose to pursue his senior career outside France within an establishment (ETH) capable of placing far greater resources at his disposal; in this respect, his is one example among many, since in truth we are having problems attracting and keeping our brightest talents. ”

    Alla fine chi e’ il vero vincitore? Quelli che hanno i dane’, come dicono in Lombardia… cioe’ gli svizzeri dell’ETH, il politecnico di Zurigo, che gli possono offrire un salario e risorse per la ricerca al di la’ di qualsiasi possibilita’ per un centro di ricerca pubblico francese o, ancor di piu’, italiano.

    Al paio di giovani ricercatori neo-laureati, figli di conoscenti o parenti, che nel passato recente mi hanno chiesto un consiglio sul cosa fare dopo la laurea… restare in italia o emigrare… ho sempre suggerito di emigrare.

    Ciao.

    ———–
    (*) https://en.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9dric_Villani

    “He was elected Vice President of the French Parliamentary Office for the Evaluation of Scientific and Technological Choices in July 2017.”

    Post a Reply
    • “Con Cédric [Villani] ho avuto modo di collaborare fin dalla mia tesi di dottorato (che svolsi in cotutela tra la Normale di Pisa e l’Ecole Normale di Lione sotto la supervisione di Luigi Ambrosio e dello stesso Cédric) ma la collaborazione più intensa è iniziata qualche anno dopo, intorno al 2008.”
      http://www.maddmaths.devtest.it/divulgazione/varie/alessio-figalli-cedric-me/
      .
      Credo. comunque, che si tratti di dettagli.
      Figalli è stato uno studente eccezionale: laurea in quattro anni (uno in meno di quanto previsto dal piano di studio), dottorato in un anno (sei mesi a Pisa e sei a Lione) invece che in due. Per quel che riguarda la carriera accademica diciamo che è stata fulminea: a 27 anni era già professore ordinario all’Università del Texas!
      .
      Per il resto concordo con te sul fatto che è il sistema italiano che non funziona. E non funziona soprattutto a valle della laurea, perché è dopo la laurea che anche i più meritevoli cominciano ad avere problemi, in quanto restano invischiati nei “giochi di palazzo” che impediscono di accedere alla carriera di ricercatore e di docente universitario, costringendo anche i più meritevoli, a “scappare” all’estero.
      A. Figalli non sfugge a questa regola. In una sua intervista dice di non aver nemmeno provato a fare carriera in Italia. Nel suo caso, del resto, ha avuto solo l’imbarazzo della scelta Politecnico di Parigi, Università del Texas e, infine, Politecnico di Zurigo.
      .
      Resta l’amaro in bocca per l’incapacità del sistema italiano di attrarre i ricercatori più dotati, come capita all’estero.
      Speriamo che col tempo le cose cambino, ma comincio a perdere le speranze, perché ho l’impressione che stiano peggiorando.
      Ciao, Donato.

  5. Finalmente,
    un bagno rinfrescante di informazione e approfondimento , in questi giorni di afa esitiva …
    Grazie 🙂

    Post a Reply
  6. La Medaglia Fields all’italiano Alessio Figalli arriva dopo la scoperta di un lago salato sotto la superficie di Marte da parte di un team italiano (http://www.climatemonitor.it/?p=48931) ed è seguita da un altro importante riconoscimento accordato al professor Giovanni Gavallotti. Per la prima volta, un italiano ha ricevuto il premio Henri Poincaré per le sue ricerche su meccanica statistica, teoria dei campi quantistici e sistemi caotici (http://www.ansa.it/canale_scienza_tecnica/notizie/fisica_matematica/2018/08/03/a-giovanni-gallavotti-il-nobel-per-la-fisica-matematica_2da75eac-a188-474a-868c-e91c17accd92.html).
    Negli anni ’70, Gallavotti ha dato un contributo significativo alla teoria del caos e alle sue applicazioni. Nel 2002 ha pubblicato il libro “Foundations of fluid mechanics” (prima edizione). In un articolo del 2016 (“Non-equilibrium statistical mechanics of turbulence”), Gavallotti e Garrido hanno presentato una correzione per l’intermittenza alla legge classica di Kolmogorov sulla turbolenza, insieme a molti calcoli per vari casi e diversi numeri di Reynold.

    Post a Reply
    • La notizia del premio al prof. Gavallotti è giunta quasi in contemporanea a quella del premio al prof. Figalli: effettivamente gli scienziati italiani stanno vivendo un bel momento.
      Non dobbiamo credere, comunque, che queste siano solo delle lodevoli eccezioni. I ricercatori italiani sono ampiamente rappresentati in molte ricerche di punta attualmente in corso e collaborano attivamente all’attività di numerosi gruppi di ricerca in Italia ed all’estero, mantenendo ben alto l’onore del nostro Paese.
      Fa piacere, infine, che alcuni di questi ricercatori ci onorano, contribuendo alle discussioni qui su CM.
      Ciao, Donato.

    • Grazie per il suo contributo.
      Ciao, Donato.

  7. Non tenere conto delle dinamiche atmosferiche, avvenute nella fase finale del pleistocene e nel recente olocene, è un grave errore. Detto questo alcuni modelli fisico-matematici, di partenza, scartano una semplice analisi fisica della situazione: tra è sui corridoi amosferici boreali. Sulla parte matematica: a super-computer, non credo si debba alcuna obiezione.

    Partendo dall’elaborazione questi dati, si nota una correzione sistematica. Ma già dalla lavorazione semi-empirica delle dinamiche climatiche globali, o dalle temperature degli oceani, (vedasi in chiave ENSO) recenti, si osservano cicli già da tempo in successione. Come ad esempio la variazione dell’AMO e della capacità degli oceani di trattenere CO2.

    Si osserva anche l’incapacità di alcuni, nel valutare l’origine, in quanto ruolo nel riscaldamento globale dell’onda di Kelvin. Tutto questo possa poi influire o meno, nelle dinamiche climatiche planetarie già in successione da tempo..

    Da molto tempo sento espertoni dire che nelle dinamiche AMO le variazioni SSTA sull’Atlantico, erano irrilevanti poiché superficiali.. Mi sa che debbono seguire qualche corso di fisica, questi fantomatici esperti.. Più o meno da forum.. Invece il fattore antropico è irrilevante, altrimenti non avrebbe avuto ragione di essere, la “recente” Piccola Era Glaciale.

    Ora si può parlare di gas :)! e di ORL magari..
    Nel cambiamento climatico, il riscaldamento globale è colpa dell’uomo ed il raffreddamento globale è colpa dell’uomo,

    pazzesco!

    Post a Reply
  8. Caro Donato,
    grazie per la notizia, davvero interessante, anche per il finale che induce a una riflessione più generale sul progresso della Scienza nel nostro Paese.
    Volevo domandarti se anche alla luce dell’enorme complessità che caratterizza i corpi nuvolosi siano già emerse prospettive concrete di recepimento dell’approccio modellistico proposto dal professor Figalli da parte dei modelli previsionali a breve-medio-lungo termine o dei GCM .
    Grazie.
    Luigi

    Post a Reply
    • Grazie Donato. Condivido totalmente i tuoi ultimi paragrafi sull’importanza del classico anche per chi poi farà una carriera scientifica.

    • Caro Luigi, da quello che so, i flussi geostrofici sono stati modellati in due dimensioni e, credo, siano inglobati nei modelli da diversi anni. Poiché le equazioni di Monge-Ampère furono risolte in forma chiusa sulla sfera molti anni fa da Figalli e collaboratori, credo che una qualche applicazione già sia in giro. In ogni caso agli inizi di quest’anno Figalli e collaboratori hanno trovato delle soluzioni in forma chiusa (deboli, però) nel caso del toro bidimensionale. I lavori sono ancora in corso, per cui non credo che applicazioni complete di questa teoria siano state già integrate nei modelli globali. Stiamo parlando di ricerche ai limiti della matematica conosciuta e, quindi, di applicabilità non immediata. Probabilmente applicazioni approssimate sono già in atto, ma personalmente non sono in grado di rispondere in senso positivo o negativo alla tua domanda.
      Ciao, Donato.

Submit a Comment

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

Translate »