PLaNCK! - numero 6 - Anteprima ITA

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Poste Italiane SPA - Spedizione in abbonamento € 16,00 - copia singola € 7,00 Autorizzazione del Tribunale di Padova numero 4093 del 21 novembre 2013 ISSN 2284-0761 - ISBN 978 88 6787 442 2 - Quadrimestrale - Numero 06 - Settembre 2015

farò lo scie nziato!

i t n o c i o m ia c Fac r e t u p m o c il n o c Fumetto

QUANDO MUSICA E INFORMATICA SI INCONTRANO pag. 4

ZERO-UNO: IL CODICE SEGRETO! pag. 18

ALLA RICERCA DELLA PAGINA PERDUTA pag. 26

Le avvent ure di Marie e Max pag. 6

SOMMARIO In questo numero...

4 Violino e computer Musica e informatica si incontrano al Centro di Sonologia Computazionale di Padova

12 Dentro il computer 13 Supercomputer... che forza!

14 Che programmi hai?

Come diciamo al computer cosa fare

16 Storie di calcoli 17 Incontriamo... Ada Lovelace 18 Codici segreti Alla scoperta del linguaggio del computer

22 Guida “furba” a internet 25 Incontriamo... Joseph Licklider 26 Alla ricerca della pagina perduta I motori di ricerca

30 L’apparenza inganna Quando la tecnologia modifica la realtà: il fotoritocco

32 Questione di logica Come “ragiona” un computer?

35 Incontriamo... Alan Turing 36 Disegnare con il computer La computer grafica

Rubriche 6 Le avventure di Marie e Max

EDITORIALE Zero, uno, zero, uno, uno, zero, uno, zero... State tranquilli, giovani lettori di PLaNCK!, non ci siamo dimenticati gli altri numeri!

Zero e uno sono la base del linguaggio del computer!

Scopriremo come leggendo il nuovo numero di PLaNCK! che avete tra le mani, dedicato all’informatica e alla matematica che sta dentro i computer.

Il nostro viaggio comincerà con alcuni ricercatori dell’Università di Padova che studiano il rapporto tra musica e computer.

Marie e Max ci trascineranno in un’altra avventura entusiasmante e poi andremo dentro ai computer per capire come sono fatti e come si programmano.

Daremo uno sguardo alle prime macchine meccaniche per fare i conti, costruite già nel ’600, e poi approfondiremo la grande invenzione che negli ultimi anni ci ha presi... in rete, cioè Internet!

Non mancheranno curiosità e bufale, dedicate alla computer grafica, al foto ritocco e ai messaggi in codice.

Facciamo il conto alla rovescia per cominciare questo nuovo viaggio? Uno... zero... Via!

Un errore... in codice

38 Curiosità Alla scoperta della crittografia

21 Scienza da leggere!

39 Piccoli collaboratori

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PLaNCK! è un progetto dell’associazione Accatagliato via S. Sofia 5 - 35121 Padova accatagliatoassociazione.wordpress.com accatagliato.info@gmail.com Stampatore ed editore CLEUP sc “Coop. Libraria Editrice Università di Padova” via Belzoni 118/3 - 35121 Padova tel. 049 8753496 www.cleup.it - www.facebook.com/cleup ISSN 2284-0761 ISBN 978 88 6787 442 2

www.planck-magazine.it redazione@planck-magazine.it © 2015 by Accatagliato Tutti i diritti riservati

Comitato Scientifico

Dipartimento di Fisica e Astronomia Prof. Alberto Carnera Dott. Stefano Ciroi Prof.ssa Ornella Pantano Prof. Giulio Peruzzi Dott.ssa Cinzia Sada Dipartimento di Scienze Chimiche Dott. Massimo Bellanda Dott.ssa Laura Orian Dott. Giacomo Saielli Dott.ssa Elisabetta Schievano

Redazione Responsabili progetto: Agnese Sonato e Marta Carli Direttore responsabile: Andrea Frison Caporedattore: Marta Carli Testi: Marta Carli, Marco Maggioni, Agnese Sonato, Gianluca Pozza e Ilaria Trento Versione inglese: Anna Morato Revisione: Petra Spataro Fumetto: Bianca Maria Scotton (disegni), e Gianluca Pozza (testi) Illustrazioni: Bianca Maria Scotton Progetto grafico: Stefano Pozza Fotografia: Agnese Sonato, archivio fotografico 123RF

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GI SCIENZA OG

. . . e o n i l o i V R E T U P M O C

o n a r t n o c in i s tica a m r o f in e a ic Quando mus

A Padova c’è un centro di ricerca molto speciale. I ricercatori che ci lavorano sono ingegneri, ma hanno una grande passione: la musica! Al Centro di Sonologia Computazionale (CSC), questi scienziati studiano il rapporto tra musica e computer.

Sergio Canazza e i suoi collaboratori hanno fatto ovimenr tracciare i m e p o ls o p l su . ri Guarnie conoscere a PLaNCK! i n un sensore ti…” di Adriano la Un violinista co ve co n ia b ili “f o d n a n loro laboratori! ti. Qui sta suo NUOVE SONORITÀ

Quando la creatività dei compositori incontra la potenza dei computer può nascere qualcosa di nuovo. Ad esempio?

«Si può elaborare la voce di un cantante e inventare nuovi timbri, oppure spostarla come si vuole nello spazio», racconta Sergio. «E si può suonare un brano musicale filmando i gesti di un violinista!»

Come? «A ogni movimento corrisponde un effetto musicale diverso», continua Sergio. «Il computer elabora l’immagine e la associa alla musica giusta. Il suono che si ottiene è molto originale!».

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E TU COME SUONI?

Nessun pianista è uguale a un altro: anche se la musica è la stessa, ogni interpretazione è diversa. Marcella, una musicista che ora fa il dottorato al CSC, ci descrive CaRo 2.0, un’invenzione del CSC che serve proprio a studiare l’interpretazione musicale. “A ogni caratteristica di come si suona (velocità, tocco) abbiamo associato dei numeri.

Combinando i numeri tra loro si ottiene un modo diverso di suonare: brillante o cupo, leggero o pesante. Ma la cosa più interessante è che abbiamo un pianoforte speciale, che si può far suonare direttamente

Nell’ultima puntata (Non ce l’hai? Recupera subito PLaNCK! n°5) gli occhiali a realtà aumentata hanno spedito Max e Marie in un frigo invece che a casa! Un vero mistero anche per Nonna Rose!

Cosa può essere successo Nonna? Si sono rotti gli occhiali?

Uhm... strano, sembrano intatti. Come si saranno rotti?

Marie e Max e

! e c i d o C n i l’Errore...

Ma... Dove l’ho messo?

Un attimo!

Potrebbe essere un problema di SOFTWARE!

EUREKA! Ecco il cavo micro-USB! Ora posso collegare gli occhiali al computer e capire cos’è successo

DENTRO IL COMPUTER Di Valentina Franceschi, Laura Cossu (dottorande in Matematica) e Cristina Terrevoli (assegnista Dip. Fisica e Astronomia)

La memoria

L’alimentazione

La memoria è dove vengono conservati i dati. La ROM contiene i dati necessari al funzionamento del computer e non può essere modificata; la RAM gestisce i dati temporanei; l’hard-disk permette di scrivere i dati, conservarli nel tempo e leggerli quando si vuole.

Gli strumenti dell’alimentazione (batteria, cavo) forniscono al computer l’energia elettrica che gli serve per funzionare

Il processore Il monitor Grazie al monitor possiamo accedere ai programmi, guardare video o vedere i risultati di un calcolo.

Schede La scheda video elabora le informazioni grafiche. Nella scheda audio si analizzano i dati sonori.

La scheda di rete gestisce le connessioni internet e tra i computer di una rete.

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Unità di input Gli strumenti di input, come la tastiera e il mouse, ci permettono di interagire con il computer: inserire dati, spostarsi da una cartella all’altra o cliccare su un link.

Il processore o CPU permette al computer di elaborare i dati, fare i calcoli e coordinare le operazioni.

Usb e dvd Il lettore dvd ci permette di leggere le informazioni registrate sui dvd. Le porte Usb servono per collegare il computer a fotocamere, chiavette di memoria, cellulari, stampanti.

? i a h i m m a r g o r p e Ch Come diciamo al computer cosa fare

nceschi, Di Valentina Fra atematica dottoranda in M

Hai mai pensato a quante cose sa fare un computer? Io per esempio lo sto usando per scrivere un testo e ascoltare musica, ma possiamo anche modificare fotografie, giocare, fare ricerche su internet... Come si comunica al computer quello che vorremmo fargli fare?

Ogni volta che premiamo un pulsante o clicchiamo con il mouse, il nostro computer esegue una lista di istruzioni che porta al risultato richiesto. E lo fa velocissimamente!

Quello che non sa fare è inventarsi le azioni da compiere, senza che qualcuno gliele comunichi molto chiaramente e in un linguaggio a lui familiare.

maginare Prova a im po quanto tem er ti p impiegheres 6 e poi 4 23+ 5 calcolare 1 omputer... lc fallo fare a e! è un fulmin

Una statua di Abū Ja’far Muhammad ibn Mūs alKhw rizm

Gli chef del computer Per risolvere un problema, si può usare una “ricetta” fatta da tante istruzioni collegate tra loro, che nel linguaggio matematico si chiama algoritmo. I programmi del computer funzionano proprio grazie a degli algoritmi! Il compito dei programmatori è proprio questo: inventare le regole con cui il computer “agisce” e raccoglierle in un ricettario da lasciare nella sua memoria.

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COSA VU ALGOR OL DIRE ITMO?

La paro la di un ma “algoritmo” de ri tematic o arabo va dal nome al-Khw d rizm , c el IX se he c perché si può c è importante olo, anc on dei num eri che siderare l’inve he n conosc iamo og tore gi.

ORIA UN PO’ DI ST

Storie di Calcoli Le prime macchine calcolatrici La Pascalina

Blaise Pas

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O DA MECCANIC O A ELETTRONIC

ece queste sono m m co e in h cc a m Le etti no grazie a ogg na io nz fu : e ch ni ca ano) (ruotano o trasl che si muovono ccanismo. Oggi e m n u sì co o formand i: sono elettronic r te u p m co i invece movimento degli l a e zi ra g no na funzio rso dei circuiti. elettroni attrave

Blaise Pascal fu uno scienziato e filosofo francese del ‘600. Suo papà, nel proprio lavoro, doveva fare spesso lunghi calcoli. Per aiutarlo, Blaise inventò una piccola macchina calcolatrice meccanica, con cui si potevano fare addizioni e sottrazioni (anche con il riporto) e qualche moltiplicazione e divisione.

La macchina, chiamata “Pascalina”, non ebbe molto successo commerciale, ma fu sicuramente utile al papà di Pascal!

La Machina Arithmetica Giovanni Poleni era un professore di Fisica dell’Università di Padova vissuto tra il ‘600 e il ‘700. Sentì parlare della Pascalina e di altre macchine calcolatrici, e decise di costruirne una anche lui: si sarebbe chiamata “Machina Arithmetica” (non è scritto sbagliato: è latino!).

Poleni non conosceva il meccanismo delle altre macchine, così ne inventò uno tutto suo. La macchina svolgeva i calcoli grazie a delle ruote dentate, mentre per mettere in moto l’intero meccanismo si faceva cadere un peso: un’idea presa in prestito dai costruttori di orologi.

Al Museo di Storia della Fisica a Padova puoi trovare una copia della Pascalina: ecco una foto dove si vede bene il meccanismo!

Articolo scritto in collaborazione con Fanny Marcon, ricercatrice al Museo di Storia della Fisica di Padova.

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LA SCIE NZIAT

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Ada Lovelace Nata a Londra il 10 dicembre 1815, Augusta Ada Byron era figlia del grande poeta inglese Lord Byron. La madre, che era una matematica, le diede un’istruzione scientifica.

La macchina analitica A 17 anni Ada incontrò il matematico Charles Babbage.

Charles aveva inventato una macchina che eseguiva automaticamente i passaggi “meccanici” dei calcoli.

Ada cominciò a seguire il lavoro di Babbage, che negli anni seguenti progettò una versione più evoluta della sua invenzione: la “macchina analitica”.

La macchina analitica era la prima macchina programmabile: si poteva cioè darle una serie di istruzioni (un “programma”) per eseguire delle operazioni.

Oltre a questo, la macchina aveva una memoria dove immagazzinare i dati, un’unità per fare i conti e un’unità che dava i risultati.

Una giovane programmatrice Ada si sposò e prese il cognome “Lovelace” con cui oggi è conosciuta. Nel 1843 lesse l’articolo di un giovane italiano che descriveva la macchina di Babbage dal punto di vista matematico.

Ada decise di tradurlo in inglese aggiungendo alcune

sue note. Non furono solo precisazioni: Ada arrivò a scrivere un programma tutto suo. Era il più complesso scritto fino ad allora!

“La mia interprete” Babbage ammirava molto Ada, e la definì “la mia interprete”: più di chiunque altro aveva capito il suo lavoro e aveva intuito le potenzialità della macchina analitica. Non si sbagliava: Ada aveva descritto il primo computer!

Ada da bambina

a La macchin di Babbage

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CODICI SEGRETI Alla scoperta del linguaggio del computer

PER SAPERNE DI PIÙ er e i Pe r co nt ar e e sc riv cifre (0, numeri noi usiamo 10 9), cioè 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e in base il sistema decimale o ventato 10, che è stato in dagli arabi.

Un alfabeto fatto di numeri Le lettere, i segni di punteggiatura e i simboli con cui scriviamo, per il computer sono… numeri! O meglio: sono una combinazione dei numeri 1 e 0. Per esempio la lettera A per il computer è 01000001, la lettera B è 01000010 e così via. Proprio perché vengono usate combinazioni di due numeri questo sistema di comunicazione si chiama sistema binario o in base 2.

Numeri che... occupano spazio In informatica i numeri 1 e 0 si chiamano bit, quindi ci sono il bit 1 e il bit 0. La combinazione di 8 bit si chiama byte e con il byte si misura la memoria del computer, cioè lo spazio che abbiamo a disposizione per i nostri lavori e le nostre immagini.

La misura della memoria

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a d i u g a n U “furba” a internet Spesso si pensa che internet sia un programma installato sul proprio computer, invece è qualcosa di più: è la rete che collega tutti i dispositivi elettronici del mondo. Quando non sei connesso alla rete è come se stessi nella tua casa, un luogo familiare e frequentato da persone che conosci. Quando sei online invece è come se andassi in gita in un luogo sconosciuto e frequentato da estranei. Ecco allora qualche consiglio da seguire durante la gita!

Navigare Entreresti mai da solo in un posto che non conosci come quello nella foto qui accanto?

Difficile. Beh, in internet non è diverso. Infatti non sempre il nome del sito corrisponde ai suoi reali contenuti. Quando navighi vai solo in siti che conosci o che ti sono stati consigliati.

Se invece cerchi qualcosa di sconosciuto meglio farlo insieme ai tuoi genitori.

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a l l e d a c r Alla rice !

A T U D R E P A N I G PA Devi fare una ricerca sui dinosauri e non sai da dove cominciare? Nessun problema: su internet puoi trovare tantissime informazioni! Basta accedere alla rete con un computer, uno smartphone o un tablet per collegarsi a miliardi di siti diversi. Ognuno di questi siti è composto da pagine web che contengono testi e immagini, ma anche filmati e videogiochi. Ma come possiamo trovare quello che ci interessa in questo enorme mare di pagine? A questo servono i motori di ricerca.

Motori di ricerca Il più celebre dei motori di ricerca si chiama Google e sicuramente lo avrai già sentito nominare. Tuttavia non è l’unico: esistono anche Bing, Yahoo! e molti altri!

Quando vuoi trovare informazioni su un certo argomento (ad esempio “i dinosauri”) ti basta scrivere “dinosauri” sulla barra di ricerca, premere “Invio” e ti appariranno tutte le pagine che hanno un legame con questa parola.

Come si mette in ordine la rete?

Con la matematica!

I motori di ricerca fanno una classifica di tutte le pagine presenti su internet, dalla più importante alla meno importante. Così, quando cerchi “dinosauri”, ti appaiono prima le pagine più importanti e poi quelle meno importanti. Ma cosa vuol dire che una pagina è più importante dell’altra? Per capire quali pagine sono “importanti” e quali no c’è bisogno di molta... matematica! Infatti i motori di ricerca funzionano grazie a due “rami” della matematica: la teoria dei grafi, che studia come è fatta una rete, e l’analisi numerica, che studia come far fare i conti “giusti” al computer.

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FA LA BU

a z n e r a p p a ’ L INGANNA! Quando la tecnologia ritocco to fo il : à lt a re la a ic modif

Immagine di sfondo: Autore http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Mmxx, copyright statement http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photomontage_%28Forggensee_Panorama%29_-2.jpg

Cosa vuol dire fotoritocco?

Ritoccare una fotografia significa modificarla e per farlo esistono dei programmi per computer. Con questi programmi possiamo, per esempio, cambiare i colori e la luminosità della fotografia oppure aggiungere o togliere oggetti e persone.

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In bianco e nero!

E se la coccinella fosse blu?

Colori più accesi...

Guarda un po’…

È importante imparare a riconoscere quando una fotografia è falsa perché altrimenti rischiamo di credere a cose che in realtà non esistono.

Partiamo dalla fotografia di una coccinella e…

La fotografia da sempre ci ha aiutati a fissare quello che vediamo in un’immagine. Con i programmi di fotoritocco le fotografie possono essere modificate facilmente in modo da correggere errori e migliorare imperfezioni.

Talvolta però, le modifiche sono così tante e così grosse che la fotografia diventa… falsa!

e n o i t s e u Q di logica Sapevi che non ci sono solo le quattro operazioni aritmetiche che hai imparato a scuola?

Eh già: esistono anche le operazioni logiche.

Grazie a queste operazioni, è possibile far eseguire al computer dei passaggi simili a quelli di un ragionamento.

In realtà, il computer non ha un cervello come il nostro: siamo sempre noi a dirgli cosa deve fare, realizzando i suoi circuiti o eseguendo dei programmi. Per fargli elaborare i dati e darci le risposte che gli chiediamo, chi l’ha progettato ha usato queste operazioni speciali. Ma come funzionano?

Dei numeri un po’ speciali A differenza delle operazioni aritmetiche, le operazioni logiche non usano i numeri 1, 2, 3 eccetera. I loro “numeri” sono le espressioni “vero” o “falso”, che si scrivono V e F. Non ci sono altri “numeri”: un’operazione logica combina tra loro V e F e il risultato può essere solo V o F. Possiamo combinare V o F in quattro modi diversi: V V, F F, V F oppure F V.

Quanto fa?

Dato che ci sono solo quattro combinazioni possibili, possiamo scriverle tutte in una tabella e accanto a ogni combinazione scrivere il risultato. Questa tabella si chiama tabella di verità e A ttenzione ! ogni operazione logica ha la sua.

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dine c scriviamo on cui è importaV e F nte!

Disegnare r e t u p m o c con il er grafica La comput Ti sei mai chiesto come fanno i computer a disegnare sullo schermo figure, filmati e parole? Come sempre è questione di numeri e matematica! La computer grafica è la tecnica che studia come disegnare al computer.

Il piano cartesiano In matematica c’è un legame tra numeri e geometria.

Infatti possiamo disegnare un punto in una precisa posizione su un foglio usando due numeri detti coordinate, ad esempio 5 e 5. Prendi un foglio a quadretti, fissa un punto in mezzo alla pagina e chiamalo “origine”. Partendo dall’origine, conta 5 quadretti a destra (seguendo la direzione della freccia orizzontale). Da dove sei arrivato contane 5 in alto (seguendo la direzione della freccia verticale) e il gioco è fatto! Stai disegnando su un piano cartesiano. Lo schermo del computer è un piano cartesiano su cui si può disegnare.

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Se vogliamo disegnare un triangolo basta disegnare tre punti usando le loro coordinate, ad esempio: (5 e 5), (5 e 0) e (1 e 3). Poi si chiede al computer di unirli con una linea. Allo stesso modo possiamo disegnare tutte le forme geometriche (quadrati, pentagoni...).

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CURIOSITÀ

! i t s o c s a n i g Messag rafia g o tt ri c a ll e d a rt e p o c Alla s

Sin dall’antichità è stato importante per l’uomo trovare dei modi per tenere segreti alcuni messaggi a nemici o persone che non dovevano venirne a conoscenza. Da questa esigenza è nata la crittografia. In pratica viene inventato un modo per scrivere un messaggio che solo chi possiede la chiave di lettura può capire... e la crittoanalisi è proprio la scienza che studia i metodi per decifrare i messaggi segreti.

Le prime applicazioni della crittografia sono state in politica e in guerra: era importante che i nemici non scoprissero importanti segreti o strategie militari! È questo il caso del Cifrario di Cesare.

Gaio Giulio Cesare, che è vissuto tra il 101 a.C.

e il 44 d.C., inventò un sistema per impedire ai nemici di leggere le sue lettere. Cesare utilizzava il metodo della “sostituzione alfabetica”: abbinava ad ogni lettera dell’alfabeto reale un’altra lettera dell’alfabeto. Per esempio si può decidere che alla lettera A, la lettera numero 1 dell’alfabeto, corrisponda la lettera numero 4, cioè la D, e quindi alla lettera B corrisponderà la lettera numero 5, cioè la E, alla lettera C corrisponderà la lettera numero 6, cioè la F, e così via. crittografia La parola a co e signific re g l a d a v ri e d scosta”. “scrittura na

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o di G Qui a fianco iulio Cesar e pu esemp io del c oi vedere u n ifr Cesare . Utiliz ario di Giulio schem z a l a f ando quest o rase “ IL G EL BU “EARQ A T O ! ” d i v ONO R NO LHODZ e n t e r à R!”.

to Articolo cura pozio da Andrea Ca saro e Davide Pas ione dell’associaz e air” “Math is in th

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GENNAIO 2015 Gennaio 2016

IL TEMPO

L’Atomo!

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