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
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FONTI
wikipedia Pitagora
Wikipedia Hertz
Università di Parma - Catone
Technology Review
Harvard Medical School
Repubblica.it