RICERCA ITALIANA     

La “trama” del Video

L’esplosione di una “supernova” fornisce il motivo per parlare della velocità della luce e della sua costanza (senza però accennare, per semplicità e mancanza di tempo, alla sua indipendenza dall’osservatore). Per l’inizio del filmato si è scelto un motivo “ad effetto” ben riconoscibile e noto ad un larghissimo pubblico, a imitazione del celebre inizio del film “Guerre Stellari”: su di uno sfondo stellato scorrono le parole “In una Galassia lontana lontana…. 10 anni fa”. Pur trattandosi di una scenografia vista e rivista più volte sugli schermi, abbiamo infatti ritenuto che il suo impatto evocativo nel pubblico potesse attirare sin dall’inizio l’attenzione.
I personaggi principali del video sono tre: due giovani, una ragazza ed un ragazzo, che si interrogano sull’Universo, coadiuvati da un computer, la cui interfaccia prende sin dall’inizio le sembianze umane di Albert Einstein.
Vista l’esplosione improvvisa nel cielo, i due ragazzi si chiedono cosa sia l’oggetto così luminoso che ha attratto la loro attenzione ed iniziano un dialogo. Interrogato il computer, Einstein in persona li informa che la luce emessa dalla stella esplosa è giunta sulla Terra solo dopo un lungo tempo (si è convenzionalmente scelto un periodo di dieci anni, ponendo pertanto la stella ad una distanza di dieci anni luce dal Sistema Solare). La luce della stella, quindi, viene vista dai due ragazzi quando, ormai, la stella è da tempo esplosa e non c’è più. Da questo fatto prende spunto una discussione, condotta in termini molto semplici ed elementari, relativa al primo concetto base della Relatività Speciale: la costanza della velocità della luce nel vuoto e le sue conseguenze relativistiche. Einstein taglia corto ed afferma recisamente: “Nessun segnale può viaggiare più veloce della luce”. Alla richiesta di spiegazioni, Einstein risponde che se si potesse viaggiare più velocemente della luce sorgerebbe il paradosso causale del ritorno indietro nel tempo. La scenografia, accompagnata da un orologio che cammina velocemente in senso antiorario per fornire l’idea di un tempo che scorre al contrario, vede una giovane donna apparire improvvisamente sulla scena, per incontrare sé stessa nel passato, ancora bambina e capace di interagire con la sua meno giovane versione, a cui la donna più matura offre, infatti, un piccolo giocattolo che era caduto alla bambina per la sorpresa.
A questo punto per ragioni di spazio la versione breve di 6 minuti non presenta, al contrario di quanto avverrà in quella estesa (che durerà 20 minuti), i concetti necessari alla reale comprensione della Relatività. Come dice lo stesso Einstein nel Video “Usando un po’ di Matematica” (ma sempre in modo elementare), grazie anche all’ausilio di brevi filmati e di adeguate animazioni, è possibile in particolare introdurre la nozione di contemporaneità, convincendo il pubblico di come un'analisi critica ed operativa di questo concetto porti a concludere la sua “relatività" - da cui il nome stesso della Teoria - ossia il fatto che eventi distinti possono essere contemporanei per qualche osservatore e non-contemporanei per altri. Gli strumenti messi a disposizione dall'Arte Digitale sono infatti ideali per visualizzare i ben noti “gedankenexperimenten” (esperimenti concettuali) tanto cari allo stesso Einstein.
In questo stesso punto del filmato è anche facile innestare un percorso didattico di tipo interattivo (prodotto–utente), attraverso il quale l’utente stesso possa “interrogare” il proprio computer per eventuali approfondimenti e, soprattutto, per giocare in prima persona con animazioni e domande relative agli esperimenti ideali ed ai fondamenti teorici della Relatività Speciale.
Il Video affronta quindi il problema di visualizzare il cosiddetto effetto di dilatazione del tempo, previsto dalla Relatività Speciale, consistente nel rallentamento degli orologi che si trovano in un laboratorio che si muova a grande velocità rispetto alla sede del fenomeno di cui misurino la durata. Allo scopo viene narrata la vicenda di un “muone” (o “mesone mu”, particella scoperta negli anni ’30 nei raggi cosmici), rappresentato da un simpatico pesciolino avente la bocca a forma di lettera greca “mu”. Tale particella, che ha una vita media convenzionalmente stimata in un secondo, appare vivere molto più a lungo all'osservatore che la veda muoversi a velocità molto prossime a quella della luce, testimonianza del fatto che per tale osservatore l'orologio solidale con la particella risulta girare più lentamente. Come effetto per attrarre l’attenzione dell’ascoltatore anche la voce viene accelerata e compressa, divenendo quindi stridula (“effetto Doppler” a richiamare la crescita di frequenza).
A mano a mano che il muone accelera, esso appare "ingrassare", fino ad assumere l’aspetto di una balenottera; nel Video viene detto che esso diventa più pesante. Si tratta ovviamente di una semplificazione linguistica per esprimere il concetto di aumento della massa. In buona sostanza, si è volutamente giocato sull’equivoco tra “massa inerziale” e “massa gravitazionale”, comunque lecito in virtù del “principio di equivalenza” (e – comunque – ben spiegato nei testi che accompagnano il video quando esso, più compiutamente, viene inserito nel prodotto multimediale interattivo). La voce di Einstein commenta: “Mano a mano che la velocità cresce l'oggetto diventa sempre più pesante, e tu fai sempre più fatica a spingerlo: per questa ragione non potrai mai farlo arrivare alla velocità della luce”. La Relatività Speciale prevede infatti che la massa della particella diventi infinita quando - evenienza in realtà impossibile - la velocità della luce venga raggiunta; in questo caso si avrebbe una totale perdita di identità della particella, che viene qui visualizzata con una violenta “esplosione” della particella stessa. Einstein commenta: “E nessuno ha abbastanza energia per spingerlo ancora”.
Qui il dialogo riprende tra i ragazzi ed Einstein, permettendo di sfruttare ed utilizzare tutti i concetti sin qui introdotti, allo scopo di spiegare che gli effetti di dilatazione e di contrazione non sono in realtà “assoluti”, bensì dipendenti da chi li osserva e misura (cioè, “relativi”), ed – ovviamente – dipendenti anche dalle velocità in gioco. Ancora una volta lo spazio ristretto a pochi minuti permette solo dei fugaci accenni ed esempi con animazione, mentre la versione più lunga ed interattiva (di prossima realizzazione) permetterà un assai più efficace utilizzo di varie animazioni consecutive, per una più completa ed incisiva spiegazione.
La versione realizzata cerca di spiegare la “relatività del movimento” e l’interscambiabilità del sistema di riferimento con la metafora di come ciascuno dei due osservatori vedrebbe l’altro. “Ma lui si accorge di essere ingrassato?” – chiede la ragazza. Ed il ragazzo, di rimando: “No, per lui sei tu ad essere ingrassata, perché sei tu a muoverti mentre lui è fermo”. Pesciolino e balena, di colori reciprocamente diversi, si muovono in direzione opposta, in due riferimenti messi a confronto parallelamente.
Ormai convinta, la ragazza comprende che il mondo deve essere descritto da una “Nuova Fisica”. Ma Einstein – puntualmente – le segnala che la Relatività Speciale modifica la nostra percezione solo per fenomeni estremamente veloci: “quello che imparate a scuola è quasi giusto tutte le volte che le velocità non sono prossime a quella della luce”.
Il Video si avvia quindi alla fine, spiegando brevemente che la Relatività Speciale è – tuttavia – una teoria incompleta, perché inadatta a descrivere gli effetti del campo gravitazionale. Questa nuova sfida scientifica – come è noto – occupò la mente di Einstein per dieci lunghi anni, dal 1905 al 1915, conducendolo infine a formulare, agli inizi del 1916, quell’impianto matematicamente e fisicamente assai più complesso e più completo, noto con il nome di “Teoria della Relatività Generale”. Un calendario scorre dal 1905 al 1915: “Per questo mi occorreranno ancora dieci anni di studi”.
La narrazione torna allora indietro nel tempo, sino all’epoca di Galileo, quando il grande scienziato pisano compiva esperimenti sulla caduta dei gravi dall’alto della Torre di Pisa e – come la voce di Einstein afferma – “dava inizio a questa storia”. Si visualizza la Torre Pendente…. e con Pisa si conclude, mostrando la visione aerea del noto esperimento interferometrico “Virgo” che – proprio nei dintorni di Pisa (per la precisione, a Cascina) – cerca oggi di mostrare l’evidenza osservativa delle “onde gravitazionali”, la cui scoperta rafforzerebbe ulteriormente le basi sperimentali del grande impianto teorico dovuto ad Albert Einstein.

La progettazione scientifica e artistica del Video

Descriviamo ora brevemente la realizzazione del Video.

A partire dalla sceneggiatura scritta dal Dott. Lorenzo Fatibene con la supervisione scientifica del Prof. Mauro Francaviglia l'intero impianto artistico è stato realizzato sotto la coordinazione della Dott.ssa Marcella Giulia Lorenzi, che ne ha curato personalmente tutte le fasi, a partire dallo stesso story-board.
Dal punto di vista della Comunicazione, vogliamo segnalare l’idea di utilizzare due personaggi reali, seppur virtualizzati, nel Video (i due ragazzi, pensati come pubblico inesperto e curioso) ed un personaggio veramente virtuale (l’avatar di un esperto, rappresentante il grande scienziato Albert Einstein in persona, ma in realtà interfaccia di un calcolatore elettronico, cui i ragazzi si rivolgono per avere risposte chiare ed esaurienti ad alcuni loro quesiti). Questo per mettere sotto forma di dialogo – abbastanza vicino ad una non ottenibile interattività nel ristrettissimo spazio a disposizione in un breve video di 5-6 minuti – tutta una serie di spiegazioni e di riflessioni sui vari punti già sopra descritti ed inseriti nel percorso scientifico della presentazione stessa. Per la realizzazione grafica (bidimensionale) dei due personaggi giovani ci siamo avvalsi della collaborazione di Adriano Talarico.
Di particolare rilievo sono poi le scelte relative alla figura di Einstein. Innanzitutto la scelta di utilizzare un volto del grande scienziato tedesco, realizzato in grafica tridimensionale e dotato di movimenti elementari, quale interfaccia umanizzata ed appropriata per il computer al quale si rivolgono i due ragazzi. Per giungere alla visualizzazione di Einstein (per la quale, ancora una volta, ci siamo avvalsi della collaborazione di Adriano Talarico) si è dapprima svolto uno studio preliminare sugli archivi fotografici relativi al grande scienziato, cercando di costruirne una realizzazione di natura parzialmente caricaturale ma senza eccessi, che presentasse lo studioso in un età intermedia tra quella giovanile e quella degli anni più avanzati. L’analisi degli archivi ci ha permesso di giungere ad un personaggio il più fedele possibile nell’aspetto.
Analoga approfondita ricerca è stata svolta sulle registrazioni originali della voce di Einstein, i cui dialoghi nel Video sono stati letti da Adolfo Adamo, attore professionista, il quale, onde giungere ad una realizzazione vocale il più possibile aderente alla reale voce di Einstein, ha assai fedelmente imitato tono, accento ed inflessione del grande scienziato tedesco, con risultati eccellenti e degni di menzione. L’attore Adamo ha inoltre letto tutti gli altri dialoghi relativi agli altri personaggi maschili del video, mentre la voce femminile è stata registrata direttamente da uno di noi (la Dott.ssa Marcella Giulia Lorenzi).
Anche la scelta del sottofondo musicale - che in tono più o meno sfumato, in crescendo o descrescendo a seconda del contesto, accompagna i dialoghi e le animazioni - è stato scelto seguendo le ben note inclinazioni artistiche di Einstein, che prediligeva, fra gli altri, i “Concerti per Violino” di Johann Sebastian Bach (i ben noti “Volinenkonzerten”), da noi appositamente selezionati per rendere omaggio ai gusti musicali del grande scienziato, che amava molto la Musica, suonando anche il violino.
Definito il soggetto e la sua traccia scientifica finale (sia per la versione breve da 6 minuti, sia per quella più lunga, che verrà prossimamente realizzata) si è proceduto alla sua stesura preliminare in forma di story-board. Si sono quindi realizzate tutte le registrazioni audio, sia in lingua italiana sia in lingua inglese, per i dialoghi dei vari personaggi che si succedono sulla scena del video. Solo successivamente la versione “corta” – da 6 minuti – è stata trasformata nel relativo animatic. Ciò attraverso la realizzazione di un percorso grafico ed audiovisivo ancora approssimativo che – con l’ausilio di immagini ancora statiche e del tutto stilizzate (nello story-board) e con la susseguente animazione – permettesse di:

• ben definire l’impianto ed il percorso da realizzare;
• valutare esattamente i tempi necessari per ciascun segmento del multimediale da produrre;
• sottoporre a prova preliminare i dialoghi dei personaggi e valutarne l’impatto e l’efficacia;
• curare preliminarmente la buona armonizzazione dei vari segmenti in un percorso al contempo coerente e scientificamente valido.

Per la realizzazione del Video e del Prodotto Multimediale finale ci siamo avvalsi di tecniche standard di compositing. Alcune parti del Video sono state costruite come semplici sequenze di cartone animato, in grafica sia bidimensionale sia tridimensionale opportunamente integrate tra loro; altre parti – ove conveniente – sono state costruite utilizzando adeguatamente un certo numero di effetti speciali, sia di natura grafica sia di natura sonora. Va segnalato che molte figure che compaiono nell’animazione sono oggetto di pura costruzione grafica, ad eccezione di alcune immagini in movimento che – in ossequio alle correnti metodologie grafiche di “realtà aumentata” - sono state realizzate tramite riprese cinematografiche in blue screen, successivamente scontornate ed inserite ove appropriato nel Video stesso. Va infine segnalato che parte delle immagini stilizzate (per esempio, la Torre di Pisa, la figura di Galileo, l’immagine finale del “Sito di Virgo”) sono state ricostruite in modo virtuale sulla base di immagini effettive dei medesimi soggetti.
Il Video prodotto nella sua versione finale di circa 6 minuti è stato successivamente “immerso” all’interno di un Prodotto Multimediale che, in ossequio alla più celebre tra le formule che caratterizzano la Teoria della Relatività Speciale, è stato intitolato “E=mc^2”. Come già ampiamente precisato, in realtà questo prodotto deve essere considerato come un oggetto di natura ancora preliminare, giacché si prevede di modificarlo ulteriormente nel futuro, in vista di una versione più lunga che permetta l’inserimento di un video da circa 20 minuti, attualmente in fase di realizzazione, con l’aggiunta di parti più esplicitamente dedicate all’interattività dell’utente, tra cui brevi filmati relativi ad esperienze ideali ed ulteriori animazioni scientifiche volte a visualizzare la relatività del movimento, le sue differenze nel contesto galileiano ed einsteiniano, i problemi di sincronizzazione, i paradossi spaziotemporali tipici della Relatività Speciale.
Il Prodotto Multimediale consiste in un “contenitore” nel quale scorre il video stesso, con scelta iniziale della versione in lingua italiana oppure di quella in lingua inglese. Il Video è stato per convenienza suddiviso in undici capitoli, corrispondenti ad altrettanti momenti significativi del suo percorso scientifico; i capitoli sono a loro volta accompagnati da altrettante schede di approfondimento, richiamabili tramite appositi pulsanti “a comparsa” all’inizio di ciascuna sezione, contenenti domande e risposte relative agli argomenti scientifici affrontati di volta in volta. Il Prodotto Multimediale permette quindi di interrompere ciascuna delle undici sezioni all’inizio della stessa, per poter accedere alla lettura del testo scientifico che l’accompagna (anch’esso disponibile, a seconda della versione, in lingua italiana o inglese). Il Prodotto Multimediale permette infine di poter saltare liberamente, con una semplice scelta del capitolo, da ciascuna delle undici sezioni a ciascun’altra sezione, sia in avanti sia all’indietro, ritornando così più e più volte, a piacere, sulla parte che l’utente desidera approfondire. Ovviamente è prevista anche una visione “in continuo” del video, senza richiederne l’interruzione per eventuale approfondimento tecnico.
Giunti alla sezione finale del Video, l'impianto multimediale propone comunque la lettura dei testi di accompagnamento, che – questa volta – vengono visti nella loro interezza, raggruppati senza soluzione di continuità nelle undici domande e risposte consecutive corrispondenti ai quesiti che le undici sezioni pongono all’utente. Per poi accedere – infine - alla sezione dei “Credits”, che elenca tutti i contributi ed i ringraziamenti, permettendo inoltre un’accesso diretto – se il computer utilizzato è inserito in rete telematica – alle pagine web delle Istituzioni citate nel Video stesso (Dipartimento di Linguistica dell’Università della Calabria; ESG – Evolutionary Systems Group; Dipartimento di Matematica dell’Università di Torino; SIGRAV – Società Italiana di Relatività Generale e Fisica della Gravitazione; VIRGO; A.V.R. – Advanced Virtual Research; Sito Ufficiale WYP 2005 - Anno Mondiale della Fisica.

Alcune note sulla realizzazione tecnica del Video e del Prodotto Multimediale

Nella produzione del Video si è ovviamente fatto uso di alcuni effetti speciali per rendere più interessante il filmato stesso: alcuni effetti ondulatori sulle immagini, svariati effetti sonori, suoni di esplosione, interazione tra 2D e 3D. Tutti gli effetti special, per i quali ringraziamo Gianfranco Confessore, sono stati realizzati utilizzando il software “Adobe After Effects”.
Sono inoltre stati impiegati, nelle varie fasi della lavorazione, diversi altri programmi per computer, tra cui “Adobe Premiere”, “Macromedia Director”, “Discrete Combustion”, “Adobe Illustrator”, “3D Max”. Gli sfondi stellati – il più possibile aderenti a vere immagini dell’Universo - sono stati realizzati con l’ausilio del programma freeware “Stellarium”.

Alcune esperienze di presentazione del video presso il pubblico

Una brevissima anteprima del Video (della durata di circa 30 secondi) è stata l’oggetto di una comunicazione al Congresso Nazionale “Mathematics, Art and Cultural Industry”, (Cetraro - Maggio 2005).
Il Video e il Prodotto Multimediale hanno concorso al “Pirelli Relativity Challenge” del 2005 e saranno inseriti nel DVD che conterrà una selezione delle migliori opere ivi presentate.
Segue un elenco di occasioni in cui il Video e/o il Prodotto Multimediale sono stati esposti al pubblico:

• Mostra Scientifica “Percorsi di Ricerca: la Fisica Attraversa Bologna” (Bologna, 7 ottobre - 13 novembre 2005, presso il Museo Archeologico di Bologna, Palazzo dell’Archiginnasio 2), nel contesto del grande evento espositivo dal titolo “Cronobie” e delle celebrazioni bolognesi per l’Anno Mondiale della Fisica. Il Video era contenuto all’interno di una presentazione curata dal CINECA in occasione della Scuola Estiva su “Visualizzazione Scientifica e Grafica Interattiva” (Bologna, CINECA, 18-30 settembre 2005) e contenente altri multimedia ed applets relativi alla Fisica.
• Mostra Scientifica “E come Energia, E come Einstein” (Roma, Centrale Montemartini, Via Ostiense 106 – su organizzazione delle tre Università Roma I, II e III e dell’ENEA), dal 18 novembre 2005 al 28 gennaio 2006.
• “Ludoteca Scientifica, Mostra Scientifica Interattiva – Sperimentando sotto la Torre e Dintorni” (INFN , Pisa - dal 22 aprile al 21 maggio 2006).
• Mostra “Fisica, Storia ed Esperimenti Didattici”, tenuta a Bologna (Aula Magna di Fisica) il 18 marzo 2006 in occasione della XVI Settimana della Cultura Scientifica.

Il Video e il Prodotto Multimediale sono inoltre stati presentati nelle seguenti Conferenze Pubbliche divulgative:

• Università di Bologna (Dipartimento di Matematica) il 21 novembre 2005.
• Università dell’Aquila (Dipartimento di Matematica) l’11 maggio 2006.
• Università del Piemonte Orientale, sede di Alessandria (Dipartimento di Matematica e Mathesis) il 16 maggio 2006.
• Università di Messina (Dipartimento di Matematica) il 9 giugno 2006.

Convegni e Congressi:

• “42nd Karpacz Winter School” (Ladek Zdròj, Polonia - organizzata dall’Università di Wroclaw, Polonia, 9 febbraio 2006).
• Primo Incontro “Le vetrine del CNR” (Roma, 22 marzo 2006).
• “Second International Workshop on Complex Systems, Nonlinear Dynamics and Fractals” (Merida, Yucatan, Mexico, 15-19 maggio 2006).
• "XVII Congresso SIGRAV" (Torino, 4-7 settembre 2006).
• "I Congresso di Agorà Scienza – L’Università: Ponte fra Scienza e Società" (Torino, 16-17 settembre 2006).
• "XCII Congresso S.I.F." (Torino, 18-22 settembre 2006).
• ”Riunione Scientifica del GNFM-INDAM” (Montecatini, 6 aprile 2006).
• “Mathematical Physics Models and Engineering Sciences” (Napoli, 23 giugno 2006).

Il Video e il Prodotto Multimediale sono anche in uso permanente presso i seguenti siti:

• EGO-VIRGO (Cascina di Pisa) in occasione delle visite guidate al Sito, dal febbraio 2006.
• Dipartimento di Fisica dell’Università Jagellonica di Cracovia, dal febbraio 2006.
• Dipartimento di Fisica dell’Università Nacional Autonoma di Ciudad del Mexico, dall'Aprile 2006.

Infine Video e Prodotto Multimediale sono stati presentati agli alunni della Scuola Elementare “G. Tana” di Chieri (TO) il 14 dicembre 2005, all’interno di un percorso pilota volto all’insegnamento a livello elementare sui grandi personaggi della Scienza del XX Secolo.

(A cura di: Lorenzo Fatibene, Mauro Francaviglia, Silvio Mercadante, Dipartimento di Matematica, Università degli Studi di Torino e Marcella Giulia Lorenzi, E.S.G. - Evolutionary Systems Group, Università della Calabria)