| Riferimento | Hertz (Hz) | Nanohertz (nHz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 50 Hz | 5 × 1010 nHz |
| Concert pitch A above middle C | 440 Hz | 4.4 × 1011 nHz |
| An FM radio station | 100000000 Hz | 1 × 1017 nHz |
| A Wi-Fi band | 2.4 × 109 Hz | 2.4 × 1018 nHz |
| A desktop processor clock | 3 × 109 Hz | 3 × 1018 nHz |
L’hertz è l’unità SI di frequenza, pari a un ciclo al secondo. Il suo simbolo è Hz. È un’unità derivata la cui dimensione è semplicemente l’inverso di un tempo, sicché una grandezza in hertz conta quante volte qualcosa si ripete in un secondo.
Prende nome da Heinrich Hertz, che fra il 1886 e il 1889 produsse e rivelò onde radio in laboratorio confermando così la previsione di Maxwell che luce e onde elettromagnetiche fossero lo stesso fenomeno. L’unità fu adottata a livello internazionale nel 1960, sostituendo i cicli al secondo, più antichi e più letterali, che si vedono ancora talvolta su apparecchi d’epoca.
Il suono occupa l’estremo basso della scala. L’udito umano va da circa 20 hertz a 20 000 hertz, benché il limite superiore cali con l’età e resti di norma ben sotto i 16 000 hertz in età matura. L’altezza musicale è frequenza: il la sopra il do centrale è fissato per convenzione a 440 hertz, e ogni ottava è un raddoppio, sicché la stessa nota un’ottava sopra vale 880 hertz.
La corrente di rete alterna a 50 hertz in gran parte del mondo e a 60 hertz in Nord America e in parti del Giappone e del Sud America. La divisione è storica più che tecnica, deriva da norme di apparecchiature rivali di fine Ottocento, e spiega perché elettrodomestici e orologi che dipendono dalla frequenza di rete non si possano semplicemente spostare fra le regioni.
Schermi e informatica la usano di continuo. Un display che si aggiorna a 60 hertz si ridisegna sessanta volte al secondo, e frequenze maggiori riducono la sfocatura di movimento visibile. Le frequenze di clock dei processori, un tempo in megahertz e oggi in gigahertz, contano la stessa cosa: quante volte al secondo batte il clock interno.
L’unità vale inoltre per tutto ciò che è periodico senza essere un’onda. Una frequenza cardiaca di 60 battiti al minuto è un hertz, un pendolo con periodo di un secondo oscilla a un hertz, e la frequenza di un albero rotante in giri al secondo si esprime allo stesso modo.
Un hertz equivale a un ciclo al secondo, a 1000 millihertz o a un millesimo di chilohertz.
Il nanohertz è un’unità di frequenza pari a un miliardesimo di hertz. Il suo simbolo è nHz. Un nanohertz è un ciclo ogni miliardo di secondi, poco meno di trentadue anni, sicché una sola oscillazione a questa frequenza dura più della maggior parte delle carriere.
Quasi nulla la usa, e poi nel 2023 è divenuta una delle unità più discusse della fisica. Diverse collaborazioni di reti di cronometraggio di pulsar, al lavoro in modo indipendente su quattro continenti, hanno riferito indizi di un fondo di onde gravitazionali nella banda dei nanohertz. Il segnale sembra provenire da coppie di buchi neri supermassicci che si orbitano a vicenda nei centri di galassie fuse lungo l’intera storia dell’universo.
La tecnica di misura è notevole. Le pulsar al millisecondo sono stelle di neutroni che ruotano centinaia di volte al secondo ed emettono un fascio che spazza la Terra con regolarità straordinaria, rivaleggiando con gli orologi atomici. Un’onda gravitazionale che attraversa la galassia stira e comprime lo spazio fra la Terra e ciascuna pulsar, spostando i tempi di arrivo degli impulsi di qualche centinaio di nanosecondi. Osservando decine di pulsar per due decenni e cercando uno specifico schema di correlazione fra esse, gli astronomi rivelano onde le cui lunghezze si misurano in anni luce.
A queste frequenze nessuno strumento potrebbe funzionare altrimenti. Un rivelatore deve avere dimensioni paragonabili alla lunghezza d’onda cercata, e un’onda gravitazionale da un nanohertz ha una lunghezza di decine di anni luce. La galassia stessa è l’apparato, e le pulsar ne sono i riferimenti.
Altrove l’unità compare solo nei più lenti dei cicli naturali. La precessione dell’asse terrestre impiega circa 26 000 anni, all’incirca 1,2 nanohertz. Le variazioni orbitali di eccentricità, obliquità e precessione che scandiscono le glaciazioni, i cicli di Milankovitch, vanno da circa 0,5 nanohertz fino a un decimo di quel valore.
Sotto il nanohertz il concetto stesso di frequenza si fa angusto, perché nulla è stato osservato abbastanza a lungo da vedere un ciclo intero, e il valore si deduce dalla teoria anziché essere contato.
Un nanohertz equivale a 0,000000001 hertz, a un ciclo ogni miliardo di secondi o a 0,001 microhertz.