Hai appena girato un video con il tuo smartphone nel centro di Venezia: gondole, canali, tramonto. Il file è di quasi 2 gigabyte. Un minuto dopo, lo hai già inviato a un amico tramite WhatsApp e pesa solo 50 megabyte. Eppure, sullo schermo del tuo telefono, appare quasi identico. Com’è possibile? Questa è la magia della compressione dei dati, una delle tecnologie più importanti e invisibili dell’era digitale. Senza di essa, internet si incepperebbe: non saremmo in grado di ascoltare musica online, guardare Netflix o persino aprire una pagina web pesante. Ogni secondo, miliardi di dispositivi comprimono e decomprimono dati, e tu non te ne accorgi nemmeno.

Esistono due tipi di compressione: senza perdita di dati e con perdita di dati. La compressione senza perdita di dati viene utilizzata per testi, programmi e database. L’algoritmo ZIP, noto a tutti, cerca schemi ripetitivi e li sostituisce con link più brevi. Ad esempio, la frase “abc abc abc” diventa “3(abc)”. Una volta decompressa, la sequenza originale viene ripristinata con precisione. Per foto e video si utilizza la compressione con perdita di dati, come JPEG, MP3 e H.264. Questi algoritmi scartano senza pietà le informazioni che l’occhio o l’orecchio umano percepiscono a malapena. È proprio questo che permette di ridurre le dimensioni dei file di 10-100 volte.

Prendiamo il formato JPEG, quello in cui vengono scattate quasi tutte le nostre foto. L’occhio umano è più sensibile alle variazioni di luminosità che al colore. Pertanto, l’algoritmo converte l’immagine nello spazio colore YCbCr (luminanza, differenza di blu, differenza di rosso) e “assottiglia” i canali di colore, ad esempio memorizzando il colore di un pixel sì e uno no e calcolando la media degli altri. Successivamente, viene applicata una trasformata discreta del coseno (DCT), che suddivide l’immagine in blocchi di 8×8 pixel e ne analizza le frequenze dominanti. Le alte frequenze (transizioni nette, rumore) vengono scartate, poiché l’occhio umano non le percepisce bene. Di conseguenza, potrebbero comparire dei quadratini appena percettibili (artefatti) dove dovrebbe esserci un cielo uniforme, ma a noi la foto appare comunque “buona”.

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Aprite il rubinetto della cucina in qualsiasi appartamento di Roma, Milano o Firenze. L’acqua scorre, potabile (nella maggior parte delle città italiane, l’acqua del rubinetto è sicura). Ma vi siete mai chiesti quale percorso compie prima di arrivare nel vostro bicchiere? E, cosa ancora più importante: dove va a finire l’acqua dopo averla scaricata nel water o versata nel lavandino? È un intero universo invisibile di tubature, pompe, vasche di decantazione, batteri e reattori chimici, situati sottoterra. L’infrastruttura di depurazione è una delle tecnologie più sottovalutate dall’umanità, senza la quale le città moderne diventerebbero focolai di malattie.

Cominciamo dall’approvvigionamento idrico. In Italia, l’acqua proviene da sorgenti sotterranee, fiumi e laghi (ad esempio, il Lago di Bracciano per Roma). In un impianto di depurazione, l’acqua viene prima filtrata attraverso sabbia e ghiaia per rimuovere le particelle più grandi. Successivamente, vengono aggiunti dei coagulanti (di solito sali di alluminio) che legano le particelle fini in sospensione formando fiocchi, i quali si depositano sul fondo delle vasche di sedimentazione. Segue la disinfezione. I metodi più comuni sono il cloro o l’ozono. Il cloro uccide batteri e virus, ma lascia un retrogusto. Per questo motivo molti italiani preferiscono l’acqua in bottiglia, non tanto per la sicurezza, quanto per il gusto. In alcune città, come Milano, l’acqua viene trattata con luce ultravioletta, che non ne altera il sapore ma è più costosa. Il risultato: l’acqua è pienamente conforme alle direttive UE.

Ma la cosa più sorprendente accade a ciò che finisce nello scarico. Le acque reflue provenienti da abitazioni e impianti industriali vengono raccolte in enormi fognature e inviate agli impianti di depurazione. La prima fase è meccanica: l’acqua passa attraverso dei filtri che trattengono stracci, plastica e altri detriti di grandi dimensioni. Segue la fase di sedimentazione nelle camere di sabbia, lunghi canali dove sabbia e piccole pietre si depositano sul fondo (che verranno poi smaltite in discarica). Infine, si passa alle vasche di sedimentazione primaria, dove si depositano i fanghi organici. Circa il 60% dei contaminanti viene rimosso in questa fase. Ma la parte più interessante è il trattamento biologico.

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Ogni mattina, quando apri Mappe sul tuo smartphone per controllare il traffico mentre esci da Roma o per trovare il bar più vicino a Napoli, stai usando una tecnologia che non sarebbe possibile senza la teoria della relatività di Albert Einstein. Sì, la stessa considerata fisica astratta per gli scienziati. La navigazione GPS non si limita a satelliti che ti “vedono” dall’orbita. È un sistema di incredibile precisione, in cui tenere conto della dilatazione del tempo e della curvatura dello spaziotempo non è un capriccio, ma una necessità imprescindibile. Se gli ingegneri ignorassero gli effetti relativistici, la tua posizione sarebbe errata di qualche chilometro ogni due giorni.

Come funziona il GPS? Ci sono 31 satelliti in orbita a un’altitudine di circa 20.000 km (in realtà sono di più, ma si pensa che siano così). Ogni satellite trasporta un orologio atomico, incredibilmente preciso, con un errore di un secondo ogni 100 milioni di anni. Questi orologi inviano costantemente un segnale con indicazione oraria alla Terra. Il tuo smartphone o dispositivo GPS riceve segnali da quattro o più satelliti simultaneamente, misura il ritardo (la differenza tra i tempi di invio e di ricezione) e triangola la tua posizione. Sembra semplice. Ma due effetti della relatività generale minano questa semplicità.

Il primo è la relatività speciale: i satelliti si muovono rispetto alla Terra a circa 14.000 km/h. Per questo motivo, il tempo scorre più lentamente su di essi che sulla superficie terrestre, di circa 7 microsecondi al giorno. Il secondo è la relatività generale: il campo gravitazionale terrestre è più debole all’altitudine orbitale che sulla superficie, quindi il tempo scorre più velocemente sui satelliti, di circa 45 microsecondi al giorno. L’effetto risultante (45 – 7 = 38 microsecondi al giorno) sembra trascurabile. Ma la luce percorre 300 metri in un microsecondo. Moltiplicando 38 microsecondi per 300 metri si ottiene un errore di 11 chilometri al giorno, se non corretto. Pertanto, ogni satellite GPS è programmato per rallentare artificialmente il proprio orologio in modo che “ticchetta” in sincronia con quello terrestre.

In Italia, come in tutta Europa, utilizziamo il sistema Galileo, l’equivalente europeo del GPS americano. Funziona secondo gli stessi principi fisici, ma con un orologio atomico a base di idrogeno ancora più preciso. Galileo offre una precisione fino a un metro in modalità civile (e fino a centimetri in modalità militare). È grazie a questi satelliti che il vostro smartphone italiano non perde il segnale nelle strette vie dei centri storici, dove gli edifici creano un “canyon urbano”. Tuttavia, anche nell’era degli smartphone, il GPS ha i suoi punti deboli: muri, vegetazione fitta e maltempo possono indebolire il segnale. Per questo motivo, i telefoni moderni utilizzano l'”A-GPS” (Assisted GPS), che scarica i dati di posizione dei satelliti da internet anziché attendere che tutti i satelliti si “vedano” a vicenda.

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Apri il portafoglio. Vedi la carta di credito con il simbolo dell’infinito e le onde? Non è solo un design. Si tratta di un tag NFC (Near Field Communication), che ti permette di pagare semplicemente avvicinando la carta a un terminale in un supermercato di Torino o in una stazione di servizio di Firenze. Ora guarda un qualsiasi capo d’abbigliamento: la tecnologia RFID (Radio Frequency Identification), ancora più discreta, è spesso nascosta all’interno dell’etichetta del prezzo. Questi microchip, grandi come granelli di sabbia, funzionano a radiofrequenza e non necessitano di batterie. Sono alimentati dal campo elettromagnetico del lettore. E sono già ovunque: nel tuo badge di lavoro, nella chiave dell’hotel, nelle tue nuove scarpe da ginnastica e persino nel tuo animale domestico, se è dotato di microchip.

Qual è la differenza tra RFID e NFC? Tecnicamente, l’NFC è un tipo di RFID che opera alla stessa frequenza di 13,56 MHz, ma ha una portata molto limitata (fino a 10 cm). Ecco perché è necessario avvicinare la carta quasi direttamente al terminale: questo protegge da letture accidentali. I tag RFID a lungo raggio (UHF) possono essere letti da una distanza fino a 10-15 metri. Vengono utilizzati nella logistica: immaginate un camion che trasporta merci per un negozio italiano che attraversa il cancello di un magazzino e tutte le 500 scatole vengono lette automaticamente in un secondo, senza doverle scansionare manualmente una per una. Nei supermercati self-service, la cassa “vede” simultaneamente tutti gli articoli nel carrello se dotati di tag RFID.

Le cose più interessanti accadono senza che ce ne accorgiamo. Ad esempio, quando acquistate un costoso abito italiano, un tag RFID potrebbe essere incorporato nell’etichetta. Quando uscite dal negozio, il sistema sa che l’articolo è stato pagato e l’allarme non si attiverà. Ma il tag rimane all’interno. Alcuni produttori lo utilizzano per combattere la contraffazione: potete avvicinare il vostro telefono al tag per scoprire se si tratta di una borsa Gucci originale o di una contraffazione. Altri lo utilizzano per l’assistenza post-vendita: se si presenta una richiesta di garanzia, un tecnico scansiona l’etichetta e può visualizzare l’intera cronologia dell’articolo. Tuttavia, c’è un lato negativo: in teoria, tali etichette potrebbero essere lette da remoto a vostra insaputa, sollevando problemi di privacy.

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Vi siete mai chiesti perché, dopo aver guardato un video su YouTube sulla riparazione di una vecchia Fiat 500, vi vengono suggeriti altri dieci video sulle auto italiane? O come mai Spotify indovina il vostro umore in una piovosa serata a Milano? Non è magia né sorveglianza. È opera degli algoritmi di raccomandazione: ingranaggi digitali invisibili che analizzano le vostre azioni, le confrontano con quelle di milioni di altri utenti e prevedono cosa potrebbe piacervi. Oggi, questi sistemi governano non solo la musica e i film, ma anche le notizie che leggete, i prodotti che acquistate su Amazon e persino le persone che incontrate sulle app di incontri. E la cosa più interessante è che quasi mai vi accorgete della loro presenza.

La maggior parte dei sistemi di raccomandazione moderni si basa su due approcci: il filtraggio collaborativo e il filtraggio dei contenuti. Il primo si basa sul principio “a chi è piaciuto questo è piaciuto anche questo”. Il sistema cerca utenti con cronologie di visualizzazione simili e suggerisce contenuti che hanno già apprezzato. Ad esempio, se ascolti Manu Ciao e rap italiano, l’algoritmo troverà altri fan dello stesso genere musicale e ti suggerirà brani che ascoltano anche loro, anche se non li hai mai sentiti nominare. Il secondo filtro, quello dei contenuti, analizza le proprietà dell’oggetto stesso: genere, ritmo, tono, attori e parole chiave. Netflix, ad esempio, categorizza i film in migliaia di micro-generi, come “drammi italiani emozionanti degli anni ’90 con protagoniste femminili forti”.

Ma come fa il sistema a conoscere le tue preferenze se non esprimi un voto esplicito? Raccoglie “tracce digitali”: quanti secondi hai guardato il video, se hai mandato avanti veloce, se ti è piaciuto o, al contrario, se hai cambiato traccia dopo 10 secondi. Gli algoritmi di TikTok sono famosi per la loro capacità di catturare l’attenzione mostrandoti esattamente cosa suscita emozioni. Analizzano persino la velocità di scorrimento e se ti soffermi su un fotogramma. In Italia, dove i social media sono incredibilmente popolari, milioni di persone “addestrano” queste reti neurali ogni giorno senza nemmeno rendersene conto. E le aziende ne traggono vantaggio: più accurata è la raccomandazione, più a lungo l’utente rimane sulla piattaforma.

Il problema è che i sistemi di raccomandazione creano delle “bolle di filtraggio”. Se l’algoritmo rileva che l’utente preferisce determinate opinioni politiche o generi musicali, smette di mostrargli alternative. Col tempo, il suo mondo informativo si restringe in un feed omogeneo, senza spazio per la casualità. Questo è particolarmente evidente negli aggregatori di notizie italiani: chi legge un giornale non vedrà titoli di un altro schieramento. Agli algoritmi non interessa la crescita dell’utente; il loro obiettivo è massimizzare il tempo di coinvolgimento. Le ricerche dimostrano che le persone sono più propense a cliccare su titoli emotivi e provocatori, quindi il sistema inizia a proporli.

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