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Novembre 1777: la scoperta delle figure di Lichtenberg

Le vittime colpite da un fulmine spesso sviluppano sulla pelle un marchio rosso simile ad un tatuaggio ramificato della durata di più giorni, probabilmente causato da delicati capillari danneggiati dallo shock dello scarica elettrica, un esempio naturale di frattali. Il nome colloquiale è "fiori di fulmine", ma sono anche chiamati "figure di Lichtenberg" in onore del fisico del 18° secolo Georg Christoph Lichtenberg.

Nato nel 1742, figlio di pastore protestante, a Darmstadt, in Germania, Lichtenberg era il più giovane di diciassette figli, e dimostrò una naturale curiosità e propensione per la matematica e la scienza in età precoce.

Inizialmente la sua famiglia non poteva permettersi di pagare per la sua educazione, ma una generosa sovvenzione di un mecenate aristocratica permise al ragazzo di frequentare Università di Göttingen. Alla fine divenne professore di fisica nella stessa università, un lavoro che continuò per il resto della sua vita. 

Una deformazione della colonna vertebrale lo rese gobbo, una condizione che gli causò gravi difficoltà respiratorie nei suoi ultimi anni. Ebbe un'eccellente reputazione  di umorista satirico e scienziato, e fu molto popolare tra le donne. Ebbe diverse relazioni sentimentali prima di sposare una Margarethe Kellner, che gli diede sei figli.

Oggi la reputazione letteraria di Lichtenberg è associata principalmente ai suoi aforismi, raccolti nel corso di molti anni nei suoi diari personali che definiva "brogliacci" (Sudelbücher). In questi libri, annotò fatti casuali, osservazioni sulla natura umana, brevi sketch dalla sua vita insieme con le note scientifiche dei suoi molti esperimenti.

Quello in cui visse era il periodo in cui gli scienziati di tutto il mondo occidentale furono affascinati dall'elettricità o, come si definì, "fluido elettrico". Molti si impegnarono in esperimenti per studiare gli oggetti carichi e come le scariche passavano dall'uno all'altro, con ogni sorta di apparecchiatura. Benjamin Franklin era uno di loro, famoso fu il suo esperimento con il "parafulmine" o filo per "scaricare giù il fuoco elettrico" da una nube in tempesta, con lo sperimentatore in piedi nella protezione di un involucro simile a garitta di un soldato. Almeno uno scienziato (Georg Wilhelm Reichmann) morì nel tentativo di replicare l'esperimento di Franklin, a causa di uno sfortunato incontro con fulmini globulari.

L'entusiasmo di Lichtenberg per l'elettricità rimase immutato anche dopo tali tragici incidenti. Fu tra i primi a portare i parafulmini di Franklin in Germania, installandone diversi intorno alla sua casa a Göttingen, e fu uno dei primi a utilizzare apparecchi nei suoi esperimenti di laboratorio. costruì un grande generatore elettrostatico, noto come elettroforo, di due metri di diametro, e lo utilizzò che per studiare il comportamento delle scariche elettriche, cercando il modo di registrare i "pattern"di ramificazione.

Prima usò l'elettroforo per amministrare una carica ad alta tensione ad un materiale isolante, come la resina, il vetro o la gomma indurita. Poi asperse la superficie del materiale con un mix di zolfo in polvere, minio e tetrossido di piombo e osservò la forma dei pattern, prima di premere un pezzo di carta sulla superficie da trasferire quelle immagini sulla stessa. Lichtenberg osservò due tipi distinti di pattern: uno per la carica positiva, che aveva una ramificazione più elaborata, e l'altro per la carica negativa, che assomigliava più ad un guscio. Le sue conclusioni furono pubblicate nel suo libro di memorie del 1777, "Super Nova Methodo Naturam ac motum Fluidi electrici Investigandi".

I principi fondamentali alla base degli esperimenti di Lichtenberg posero le basi per la moderna ricerca in fisica del plasma. Nel 1920, Arthur von Hippel e altri hanno registrato la luce delle scariche elettriche ad alta tensione sulla pellicola fotografica. Von Hippel scoprì che i pattern di Lichtenberg scaturivano dalle interazioni tra il gas ionizzato e la superficie dielettrica del materiale, e che poteva cambiare la lunghezza del modello di ramificazione semplicemente aumentando la tensione applicata o riducendo la pressione dell'aria circostante.

Questo, a sua volta, ha portato all'invenzione del klydonografo, strumento per registrare le scariche di tensione connessi a picchi di potenza elevata, come ad esempio quando un fulmine colpisce una linea elettrica. L'accesso a tali dati ha permesso agli ingegneri che progettano i sistemi della rete elettrica di trovare contromisure di sicurezza efficaci contro i fulmini e simili picchi imprevisti di potenza.

Gli esperimenti di Lichtenberg fornirono anche la base per l'invenzione della macchina Xerox, grazie agli esperimenti nella cucina del suo appartamento del Queens di Chester Carlson nel 1930. Carlson la definì "elettrofotografia." La sua teoria era che se l'immagine di una fotografia originale o documento veniva proiettata su una superficie fotoconduttrice, la corrente sarebbe scorsa soltanto nelle zone di luce, e non nelle zone di oscurità, vale a dire, quelle stampate. Riusci in questo modo a far sì che alcune particelle si attaccassero ad una piastra carica in corrispondenza dell'immagine proiettata sulla stessa. Poi trasferì le immagini generate dalla polvere su una carta oleata, infine riscaldando i fogli fece sciogliere la cera per ottenere una copia permanente.

Lichtenberg godeva di una certo prestigio e rispetto dai suoi pari scientifici mentre era in vita. Alessandro Volta visitò Göttingen nel 1784 espressamente per incontrare Lichtenberg e osservare alcuni di questi esperimenti, e Karl Friedrich Gauss partecipò a molte delle sue lezioni. Il suo nome è meno noto oggi, ma lo avrebbe senza dubbio gratificato sapere che i modelli di frattali che portano il suo nome ispirano scienziati e artisti, dopo quasi tre secoli.