lunedì 18 aprile 2011

Musica: molecole in movimento che solleticano i sensi...

di Anna Bosc, per il carnevale della chimica di aprile 2011.
Il primo dei 5 sensi che si sviluppa nel feto è l’udito; è quello che ci consente il primo contatto con il mondo!
L’organo dove risiede è l’orecchio, struttura che ci permette di trasformare i suoni in impulsi elettrici, i quali vengono trasmessi per mezzo di fibre nervose (nervo acustico) al cervello, dove vengono analizzati ed interpretati.
Ma cos’è il suono? A cosa è dovuto? Esiste una relazione chimica, oltre che fisica, tra il suono e chi lo produce?

Il suono è un insieme di onde sonore che risultano dalla vibrazione dei corpi ed è caratterizzato da tre proprietà fondamentali:
1) Intensità, che indica la forza con la quale si sente il suono
2) Timbro, che è forse la caratteristica più specifica in quanto rappresenta la qualità del suono e ci consente di riconoscere le fonte che lo genera
3) Altezza, che è il suo essere più acuto o grave e che è in stretta relazione con il numero delle vibrazioni che il corpo produce in un minuto secondo; in altre parole si relaziona alla frequenza.
più suoni uniti tra loro producono musica.

Facciamo un esempio: abbiamo una corda tesa nello stato di quiete.



Pizzichiamola, lasciamola oscillare in tutta la sua lunghezza (supponiamo che essa ci dia 100 vibrazioni - oscillazioni - periodi, al minuto secondo ossia 100 Hertz) ed essa emetterà un suono:



Se dividiamo a metà la corda e la pizzichiamo allo stesso modo, il numero di oscillazioni sarà esattamente il doppio e risponderà allo stesso suono ma in posizione più acuta:



Da questa piccola dimostrazione abbiamo verificato che l’altezza e la progressione dei suoni sono governate da leggi fisiche.

La scoperta di questa legge si deve ai greci e più precisamente a Pitagora, che fu il primo a costruire una scala musicale usando come base calcoli matematici.

Poiché il numero di vibrazioni che un corpo elastico può realizzare è praticamente infinito, all’uomo è possibile produrre una gamma di suoni vastissima. L’orecchio umano però non percepisce tutti i suoni, ma solo una minima parte (da 16 a 20000 Hz di frequenza), mentre gli animali possono percepire vibrazioni molto maggiori (es. il cane arriva a 40000, mentre il pipistrello a 120000 Hz!).

Quindi il suono è un’onda, ma di che tipo? E nello specifico di questo post, un atomo produce un suono?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo addentrarci nelle profondità della materia, passare al mondo microscopico…

Come è noto, tutti gli atomi possiedono diverse forme di energia, tra le quali quella potenziale e cinetica. Quest’ultima si manifesta soprattutto con gli effetti dovuti a movimento e vibrazione; un atomo è costituito da un nucleo (carico positivamente per la presenza dei protoni) e da elettroni, carichi negativamente, che vi ruotano attorno. Questo movimento di cariche negative fa sì che l’atomo generi un campo elettromagnetico.

Esso, sarà dotato di una propria frequenza naturale che gli permetterà di "aggregarsi" ad altri atomi attraverso un processo che prende il nome di risonanza. La risonanza può definirsi, in questo caso, come la tendenza più o meno forte che ogni atomo manifesta nell'atto di instaurare legami con altri atomi, al fine di stabilizzarsi e raggiungere un proprio equilibrio, formando nuovi composti con una specifica forma geometrica.

Questo processo dà luogo, oltre che a semplici composti, a cellule, tessuti, organi, interi individui…

Ma se abbiamo detto che il suono risulta dalla vibrazione dei corpi vuole dire che ogni atomo ha un proprio suono caratteristico per l’energia che possiede? In effetti sì…

Il suono è un’onda elettromagnetica che si propaga meccanicamente: il corpo che lo emette oscilla (spostamento provocato dalla vibrazione) trasmettendo il suo moto alle particelle adiacenti, che cominceranno a muoversi come lui e che, a loro volta, trasmetteranno il loro moto ad altre particelle, e così via…

Tutta la creazione è una sinfonia di suoni, di vibrazioni, in cui le singole parti si inseriscono attratte dalla risonanza con i loro simili; ciò succede anche in tutto il nostro corpo che emette varie onde (Beta, Alfa, Teta, Delta, Gamma ) a seconda del suo stato. La musica, attraverso il principio della risonanza, interagisce con il nostro corpo tramite delle "strutture vibranti"; per questo motivo, quando le nostre onde sonore sono per qualche ragione stonate tra loro, noi possiamo raccordarle ridando loro il tono che avevano all’origine.

La più antica classificazione degli stati emotivi generati dalla musica (sensazione in relazione alla percezione sonora) viene dall’India dove si descrivono i "nava rasa", cioè i nove sentimenti che la musica può provocare:
  • Shringara: erotico, romantico, dolce;
  • Hasya: comico, scherzoso;
  • Karuna: patetico, triste, tragico;
  • Raudra: esasperato, drammatico;
  • Veera: audace, grandioso, maestoso;
  • Bhayanaka: che incute timore e reverenza, solenne;
  • Adbhuta: meraviglioso, rallegrato, gioioso;
  • Shanta: pacifico, rilassato, tranquillo;
  • Vibhatsa: disgustoso.
Tendenzialmente noi siamo attratti dal tipo di musica che in quel momento risuona con le nostre emozioni, con il nostro inconscio impregnato delle sue memorie esperienziali.
Ma c'è dell'altro...

Ancora grazie agli studi di Pitagora , un gruppo di studiosi del Massachusetts Institute of Technology è riuscito a sviluppare un programma matematico (recentemente pubblicato su "Technology Review") che consente di prevedere la diagnosi di patologie tumorali applicando la musica alle proteine…
La base di questi studi sono le "frequenze in serie" o "risonanze su più livelli".
Più semplicemente, ad ogni proteina corrisponde una melodia specifica costruita a partire dalle onde emesse dagli amminoacidi che la compongono. Seguendo le indicazioni scritte nel DNA, gli amminoacidi, componenti essenziali delle proteine, si assemblano.
Nel momento preciso in cui si attaccano fra di loro, gli aminoacidi emettono una frequenza ben specifica, e la frequenza delle onde emesse è proporzionale alla massa della molecola dell’amminoacido.

In una cellula si svolgono sono moltissime reazioni tra aminoacidi che avvengono tutte contemporaneamente e sono milioni le cellule che compongono una pianta o un essere umano. Quindi non si può parlare di un singola melodia prodotta da un aminoacido, ma di un’infinità di vibrazioni che entrano in risonanza, amplificando la frequenza a diversi stadi dell’organizzazione di un organismo vivente.

Partendo dalle espressioni dei geni e dalle proteine il programma del MIT ottiene delle composizioni musicali che mettono in evidenza se l'organismo del paziente soffre o meno di qualche disturbo.

In pratica, a un paziente sano corrisponderà una musica sinfonica; a un paziente malato, un musica senza armonia, stonata.

Gli esperti della Harvard Medical School del Mit hanno sperimentato questa funzione matematica con il cancro del colon. Partendo da un lavoro che analizzava l'espressione delle proteine nei pazienti con questo tipo di tumore, il gruppo ha compresso in quattro combinazioni lineari le dimensioni di 3.142 geni relazionati a questo tipo di patologia.

Ma queste teorie non riguardano solo gli esseri viventi. Due sono gli studi più importanti compiuti sugli inanimati:

Il primo riguarda alcuni scienziati inglesi della Royal astronomical society che tre anni fa, nel corso di un convegno sono riusciti a a spiegare, nel dettaglio, il fenomeno della particolarissima armonia solare denominata “Musica del Sole”.
Hanno scoperto che gli archi magnetici generati dalla corona solare producono un suono e tali onde sonore si propagano e si diffondono come il suono prodotto da corde di chitarre o da strumenti a fiato. E’ un’armonia musicale generata dal campo magnetico nella parte esterna dell’atmosfera.

Gli scienziati, per arrivare a riprodurla, si sono serviti delle immagini di questi archi magnetici, catturate dal satellite, e ne hanno accelerato la frequenza in modo che anche l'orecchio umano potesse sentirli.

Normalmente la frequenza dei suoni emessi è inferiore alla soglia minima udibile dall'uomo, ecco perché non si pensava alla sua esistenza.
“Gli archi magnetici”, fanno notare gli esperti, “vibrano pizzicati" da potenti esplosioni che avvengono alla loro base. Le onde acustiche generate da ognuna di queste esplosioni viaggiano a una velocità che può variare dalle 45mila alle 90mila miglia l'ora e possono rilasciare un'energia pari a milioni di bombe all'idrogeno”.

Il secondo è iniziato alla fine del 18° secolo con Ernst Chladni, un fisico tedesco, che ha pensato di applicare alla cassa armonica di un violino una sottile lamina di metallo su cui distribuì della sabbia sottilissima.
Facendo poi scorrere l'archetto sulle corde, ha potuto osservare che la sabbia, vibrando per il suono prodotto, si disponeva in forme geometriche che si modificavano quando si cambiava l'altezza della nota. In questo modo Chladni dimostrò che il suono (e quindi la vibrazione prodotta) influisce veramente sulla materia ed iniziò a studiare a fondo l’argomento fondando una nuova scienza: la Cimatica.

Tuttavia è solo nel ventesimo secolo che la Cimatica riprese grazie ad uno scienziato svizzero: Hans Jenny.
Utilizzando le sofisticate apparecchiature moderne (il Tonoscopio) Jenny misurò, fotografò, sperimentò gli effetti delle vibrazioni sonore di ogni tipo sui più diversi materiali e scoprì che le forme create dal suono erano prevedibili.



Prendiamoci qualche minuto per vedere un raro filmato preparato proprio da Jenny...








Se volete farvi un'idea al volo dell'esperimento, guardate questo video della Saint Mary's University di Halifax, in Canada (vi avviso di prestare particolare cura al vostro orecchio tenendo basso il volume del video in quanto potrebbe crearvi danni)




Determinati suoni corrispondevano quindi sempre alle stesse figure; non fu difficile scoprire che i mandala tibetani replicavano esattamente le figure del Tonoscopio o che acclamando i suoni tipici di antichi linguaggi come il sanscrito o l'ebraico, si otteneva che sullo strumento si disegnavano figure molto simili, se non identiche, al simbolo alfabetico (fonema) utilizzato dalla lingua utilizzata! Che gli antichi avessero già conoscenze sulla natura della musica?...

E che dire dei "cerchi nel grano"?
Indipendentemente dalla loro origine, come è possibile non affermare che riprendano esattamente i disegni prodotti dalle onde?

Infine un’altra scoperta interessante rilevava che i disegni, che altrimenti si formavano, ricordavano le strutture cellulari degli organi viventi e, perché no, anche del nostro elemento primordiale, l'acqua...




"La vita è il risultato delle vibrazioni specifiche di ogni cellula; in altre parole, ogni cellula ha il suo suono, la sua nota…
Hans Jenny

Dopo questa trattazione sembra quindi che al di là di tutta la fisica che governa lo studio e la classificazione dei fenomeni ondulatori, la chimica dell'atomo e delle molecole possiede la libertà di produrre suoni, che interagiscono con la vita degli esseri animati e si ripresenta, in forme diverse anche nell'ambito di ciò che non è animato.

La meravigliosità di queste scoperte travalica il normale punto di vista quando ci si rende conto della molteplicità di collegamenti multidisciplinari che si possono fare analizzando questo tema.

Chimica e onde... onde e sensi... sensi e stato d'animo... vita, quindi!

Spero che la discussione vi sia piaciuta.
Come al solito accetto i vostri commenti costruttivi o i vostri approfondimenti.

A presto
Anna Bosc
__________________________________________
FONTI
wikipedia Pitagora
Wikipedia Hertz
Università di Parma - Catone
Technology Review
Harvard Medical School
Repubblica.it

9 commenti:

mirkopizzaballa ha detto...

volevo chiedere ad Anna Bosc qual'è la sua idea al riguardo la formazione dei cerchi nel grano.

Stefan ha detto...

Jamie Vendera è riuscito a rompere un bicchiere di cristallo con la sua voce non amplificata raggiungendo 532 Hz e 120 dB. Mi stavo chiedendo: che cosa succede dal punto di vista chimico-fisico? Se non sbaglio anche Ella Fitzgerald l'ha fatto nel '81 aiutandosi con un amplificatore

GianAchille Giuliani ha detto...

Anna è chiamata in causa.
Sicuramente risponderà a tutti con la solita professionalità.

Anonimo ha detto...

Per quanto riguarda i cerchi nel grano: spesso vengono collegati ad extraterrestri...secondo me esistono altre forme di vita nell'universo, a questo credo fermamente, la questione vera è : come mai dovrebbero fare viaggi così lunghi per venire sulla terra lasciando semplicemente cechi nel grano? Voglio dire, anche ammesso che siano riusciti ad arrivare e che il nostro pianeta li attiri così tanto, perchè ingegnarsi in messaggi in codice che probabilmente non capiremmo mai? Non avrebbe senso, equivarrebbe a fare viaggi a vuoto, viaggi che durano generazioni di individui... Perciò vedo più possibile una spiegazione basata sulle onde elettromagnetiche, sulle vibrazioni e sull'influenza che questi hanno sugli esseri viventi (ricordo che nel post dello scorso carnevale della chimica, quello sull'acqua, era scritto che la musica influenzava la struttura dell'acqua, che ne immagazzinava la memoria mutando anche il comportamento delle piante)...

Ella Fitzgerald è riconosciuta come una delle più grandi cantanti jessiste mai conosciute. Ha avuto un'infanzia molto dolorosa, ma possedeva una voce incredibile: riusciva a cantare su tre ottave diverse, vale a dire 36 note rispetto alla nostra suddivisione dei suoni... Se si pensa che di solito le voci, comunemente (non liriche), arrivano a malapena a due ottave aveva un talento straordinario. Per la storia dell'acuto che ha rotto il bicchiere non si sa ancora di preciso se il merito è stato suo o degli amplificatori, sopratutto perchè non dipende solo dall'altezza del suono, ma anche dall'intensità (sulla quale appunto lavorano gli amplificatori).
Invece riguardo a Jaime Vendera, anche io sapevo che ci era riuscito, ma non sono mai andata a verificare su delle fonti... I 532Hz dovrebbero corrispondere ad una nota poco inferiore al DO acuto , mentre 120 dB corrispondo circa all'intensità del suono di una sirena... Però sinceramente non saprei dire se sono sufficienti, o abbondanti, per rompere un bicchiere...

Anonimo ha detto...

penso che l'ipotesi esposta da Anna sui cerchi nel grano sia molto probabile ma mi viene difficile crederci pensando a quanto siano grandi e perfetti alcuni visti in video e quindi difficilmente creati da onde elettromagnetiche, vibrazioni che influiscono sugli esseri viventi.. con questo però non metto in discussione quanto detto da Anna

GianAchille Giuliani ha detto...

Per quanto riguarda suoni, ottave, intensità, ecc, potete leggere, scremando ciò che non vi serve, questo documento: http://pcfarina.eng.unipr.it/dispense01/catone130198/catone130198.htm
che tra le altre cose è anche linkato nel post.

Anonimo ha detto...

Purtroppo non si tratterebbe di misteri se si conoscesse la loro natura... Ma il bello sta proprio nello studiare i fenomeni che non si riescono ancora a spiegare.
Come hai detto tu correttamente, la mia è solo un'ipotesi.
Tuttavia anche nei cristalli, che hanno una struttura regolare, sappiamo che ci sono unità minime (chiamate celle elementari) che si ripetono nelle tre dimensioni dello spazio fino a comporre tutto il cristallo. Ed il cristallo ha forma ben precisa anche quando è formato da milioni di miliardi di celle elementari... La grandezza delle cose dipende dal riferimento: una cellula è molto più grande di un atomo ma infinitamente piccola rispetto a noi.
A noi i cerchi nel grano sembrano colossali solo perchè rispetto a noi sono enormi, ma rispetto alla terra? Sono ancora troppo grandi per essere precisi?
Allora anche la forma della sabbia è troppo grande e precisa per essere dovuta alla musica, se la si vede dal punto di vista di un elemento ;) .
Con questo non voglio dire che ho ragione per forza, ma voglio sottolineare che possono esserci cose con strutture quasi perfette anche se sono di dimensioni maggiori delle nostre... Un esempio ? La Terra nel sistema solare; è l'unico pianeta che si trova nella posizione ideale per ospitare la vita.

Salto Quantico ha detto...

Salve Anna! Ho letto nel tuo post che : Il suono è un’onda elettromagnetica che si propaga meccanicamente. Nei miei studi di fisica ho sempre avuto presente che il suono è un'onda meccanica prodotta da vibrazioni meccaniche e che ha bisogno di un mezzo di propagazione elastico per propagarsi, mentre un'onde em è data dall'accoppiamento di un campo elettrico e di uno magnetico oscillanti in fase e in piani perpendicolari alla direzione di propagazione e che può propagarsi anche nel vuoto. Mi sembrano due tipi diversi di onde...mi puoi spiegare meglio il senso della tua frase? Grazie!

GianAchille Giuliani ha detto...


Salve,
Grazie per l'interessamento.

Si ha ragione i due tipi di onde rimangono concetti distinti.
In studi di questo tipo le onde elettromagnetiche irradiate dall'uomo vengono "tradotte"; l'attività elettromagnetica che avviene all'interno del corpo umano crea un campo elettromagnetico, che potrebbe essere sfruttato per ricavare informazioni (per esempio sulla sua salute).
Alcuni studi riportano una banda del corpo umano, relativa all'emissione di campo elettromagnetico generato dalle cellule e dagli organi, che si estende più o meno da 1.5 a 9.5 Megahertz, quindi nelle onde corte.
In questo articolo feci riferimento a studi che si occupavano di tradurre le informazioni relative alle onde elettromagnetiche emesse in suono.
ANNA BOSC

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