Matematica e scienze

La storia delle riflessioni umane sul cosmo, dall'astrologia babilonese alla rivoluzione quantistica: un racconto avvincente sulla nascita della scienza moderna e su come la fisica fondamentale stia regredendo alle sue radici prescientifiche. All'inizio del Seicento, Galileo si liberò dal giogo dell'antica filosofia platonica e aristotelica. Affermando che la comprensione della realtà si sarebbe dovuta basare su ciò che possiamo osservare e non sul pensiero puro, Galileo rivoluzionò drasticamente la nostra visione del mondo naturale. In questo modo inventò quella che è stata chiamata scienza e preparò il terreno a Keplero, Newton ed Einstein. Ma all'inizio del Ventesimo secolo la scienza inizia a cambiare rotta. Quando la fisica quantistica condusse in regni sempre più lontani da ciò che si poteva osservare direttamente, i teorici furono costretti ad affidarsi alle virtù estetiche della matematica per sviluppare la loro concezione della realtà fisica. Per molti fisici, il potere della matematica iniziò a sostituire le intuizioni scientifiche su cui si erano basati i predecessori. Questo processo, però, rese le loro teorie sempre piú resistenti all'esame sperimentale e all'osservazione. Di conseguenza, oggi gran parte della fisica teorica è ancora una volta più simile alla filosofia di Platone che al modello secolare di scienza da cui ha avuto origine. Ma la scienza che ha perso ogni collegamento con i fenomeni misurabili, si chiede David Lindley in questo libro, è ancora scienza? «Immaginare che la fisica potesse rendere conto di ogni singolo dettaglio della costruzione e dei contenuti del nostro universo era senza dubbio esagerato, ma ora la ricerca sembra essere finita all'estremo opposto. Secondo l'ipotesi del multiverso, la risposta a quasi ogni domanda su come o perché il nostro universo ha l'aspetto che ha è che una risposta non esiste. Nel nostro universo le cose hanno questo aspetto, ma in qualche altro universo ne hanno uno diverso. È un bel passo indietro rispetto alle stravaganti speranze di qualche decennio fa. In più, ne deriva una domanda provocatoria: esattamente, che cosa stanno cercando di ottenere oggi gli studiosi di fisica fondamentale? Se le loro teorie non hanno uno specifico potere esplicativo riguardo al nostro universo in particolare, a quale domanda più generale, se ne esiste una, stanno cercando di rispondere? Questo nuovo libro è la mia esplorazione di quella domanda e giunge ad alcune conclusioni che pochi fisici che si occupano di questioni fondamentali o cosmologiche saranno felici di sentire».

Lo studio della luce ha accompagnato tutta la scienza moderna. Indagando la sua natura si è sviluppata la meccanica quantistica e si è arrivati a un nuovo modo di interpretare la realtà, in cui le particelle diventano onde e le onde si comportano come particelle. La costanza della velocità della luce ha permesso lo sviluppo della relatività speciale, aprendo la strada verso una nuova comprensione dello spazio e del tempo. Il comportamento della luce, influenzato dalla gravità, ha addirittura dimostrato come lo spazio, oltre che a contrarsi o allungarsi, possa torcersi e come la gravità cambi il fluire del tempo. Il libro si chiude con la spiegazione dei vari modi in cui la luce nasce, dalle cariche accelerate alla radiazione di Hawking, dalla prima luce del Big Bang al laser. Sono tutti concetti strani e affascinanti, che l'autore spiega nel modo più semplice possibile, spesso ricorrendo a esempi e aneddoti, mantenendo un tono informale, accattivante e divertente.

L'algebra, dai tempi della scuola, ci appare come una sequenza di problemi inutili da risolvere con simboli strani, applicando meccanicamente una serie di formule incomprensibili, filastrocche tanto strambe quanto brutte. Un gioco senza senso. Perfetta per un computer, ma non per un essere umano. E invece l'algebra simbolica è stata il primo linguaggio universale artificiale creato dall'uomo, seme e paradigma di tutti i linguaggi formali successivi, dell'analisi, della chimica e della fisica, della logica matematica, dei linguaggi algoritmici e di programmazione. È il linguaggio base di tutta la scienza da almeno due secoli. Tutto ciò che ci circonda è stato prima progettato con linguaggi algebrici. Il senso dell'algebra allora esiste, ben radicato nel profondo della capacità umana di rappresentare non solo le cose, ma anche la propria intelligenza. Il volume è arricchito da una postfazione di Gabriele Lolli.

Quando nel 1949 Wernher von Braun scrisse Das Marsproject, tradotta qualche anno più tardi col titolo, Project Mars: A Technical Tale, una missione con equipaggio su Marte era considerata pura fantasia, oggi, al contrario, solo pochissime persone negherebbe che sia possibile. Da allora l'uomo ha imparato molto su come vivere nello spazio e affrontare l'esplorazione del Pianeta Rosso. Le uniche ragioni per cui non l'abbiamo ancora fatto sono politiche ed economiche, certamente non tecniche. In questo saggio, l'autore elenca i problemi tecnici, medici e psicologici che attendono ancora una soluzione definitiva. Ricorda come la scelta del nucleare sia attualmente l'unica soluzione per ridurre i tempi di viaggio e spiega come l'utilizzo di un equipaggio tutto al femminile, sia la scelta migliore, rispetto all'uomo, per i voli spaziali interplanetari. Resta un solo punto senza risposta, un punto determinante, quello della vita. Troveremo la vita sul Pianeta Rosso? Sarà simile alla nostra? Sarà pericolosa? Potrebbe esser nata prima su Marte, e poi essere arrivata sulla Terra? Come potremmo reagire a una pandemia spaziale? Questi interrogativi si inseguono da decenni, ma forse, presto, potremo trovare delle risposte all'atavico dilemma umano: chi siamo, da dove veniamo e, soprattutto, dove andremo.

La storia di cui parla questo libro inizia con Sadi Carnot, un giovane ingegnere dell'École polytechnique di Parigi, che nel 1824 pubblicò a sue spese un libro dal titolo Riflessioni sulla potenza motrice del fuoco. È questo l'inizio della termodinamica. Ma si era anche all'inizio della Rivoluzione industriale e da allora innovazione tecnologica e innovazione scientifica hanno proceduto in parallelo, specchiandosi l'una nell'altra, e dando vita di fatto al mondo nel quale noi oggi viviamo. « Termodinamica è un nome terrificante per quella che forse è la teoria scientifica universale più utile che sia mai stata concepita», scrive Paul Sen. Spesso relegata alla descrizione delle macchine a vapore e dei frigoriferi, nelle pagine di questo libro la termodinamica in effetti appare molto più di questo. I tre concetti fondamentali che stanno alla base di questa disciplina, infatti - energia, entropia e temperatura -, rappresentano il nucleo teorico fondante di buona parte delle nostre conoscenze sul mondo fisico. L'epopea della narrazione di Sen, dopo Sadi Carnot, contempla i nomi dei grandi della scienza degli ultimi due secoli: James Watt, James Joule, lord Kelvin, Hermann von Helmholtz, Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Albert Einstein, Emmy Noether, Claude Shannon, Alan Turing, Stephen Hawking... un pantheon di giganti che coi loro studi, le loro vite e le loro intuizioni hanno contribuito a cambiare radicalmente la nostra visione del mondo. È grazie a loro che sappiamo che esistono gli atomi, ne conosciamo il comportamento, sappiamo finalmente cos'è il calore (uno dei problemi centrali della scienza) e come si propaga; ma grazie alla termodinamica sappiamo anche cosa sono il tempo, l'informazione, la vita, l'intelligenza e persino i buchi neri dell'universo: ognuna di queste cose senza la termodinamica non avrebbero senso.

E se sott'acqua riuscissimo a parlarci e a sentirci? Sembra un'idea bizzarra, eppure nel «mondo del silenzio» i pesci comunicano fra di loro e ne hanno di cose da dirsi… Giovane scienziato e divulgatore dallo straordinario talento, Bill François ci accompagna in un'immersione nel «grande blu» abitato da due milioni di specie animali di cui conosciamo a malapena il dieci percento, dove incontreremo balene musiciste, merluzzi che hanno scoperto l'America, ascolteremo la voce del tonno rosso, impareremo a muoverci ordinatamente come le sardine, assisteremo alla crescita del cavalluccio marino e sentiremo l'eloquio delle capesante. Letto alla luce fluorescente delle meduse dai colori invisibili all'occhio umano, questo libro è un tuffo nelle profondità della scienza e della storia, dove le leggende più fantasiose appaiono più credibili di una realtà così sorprendente da sembrare incredibile. Miti, aneddoti e scoperte scientifiche navigano in perfetta armonia in questo racconto, che è un'immersione onirica e scientifica al tempo stesso, dove si impara che l'intelligenza umana è solo una tra le forme di intelligenza presenti sul nostro pianeta.

Cos'è la vita? Se cercate in un dizionario, noterete che le definizioni si mordono per così dire la coda, ricorrendo a espressioni come "esseri viventi", "organismi", "animali e vegetali". La scienza della vita, secondo JV Chamary, è "scienza di eccezioni", ed è per questo che è così difficile definire in maniera calzante cosa sia. Forse, allora, la soluzione ideale è descrivere i processi biologici fondamentali condivisi da tutte le forme di vita del pianeta (e chissà, forse anche da quelle del resto del cosmo), scegliendo come filo conduttore l'unica legge della biologia: l'evoluzione. Partendo dall'origine della vita, il libro descrive fenomeni biologici di complessità crescente, guidandoci in un percorso che va dalle unità elementari (i geni e le cellule) agli organismi multicellulari più complessi e si conclude con le popolazioni e la loro interazione con l'ambiente. La fine della storia, in realtà, è ancora da scrivere. L'ultimo capitolo del libro, dedicato alla biologia di sintesi, apre una porta sul futuro della biologia e della vita stessa. Homo sapiens si sta dimostrando l'unica specie capace di creare la vita da zero. Forse la risposta alla domanda iniziale non è più così lontana...

Giovanissima e già consacrata dal Nobel, la tecnica inventata da Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier consente di tagliare e cucire il DNA, riscriverlo, modificarlo a proprio piacimento. Con il suo aiuto possiamo silenziare un gene o inserirne uno nuovo, apportare ritocchi invisibili o progettare un nuovo organismo da zero, prendere in mano il destino della vita. Benvenuti nell'era di CRISPR. Questo strumento è stato paragonato a un coltellino svizzero multifunzione perché, pur essendo a buon mercato, è affilato, preciso, versatile. Ma assomiglia anche alla funzione «trova e sostituisci» dei programmi di videoscrittura, perché CRISPR è un comando programmabile per correggere i refusi del DNA. Tanto che si parla di «editing del genoma», anziché di ingegneria genetica. Tutto bene, quindi? Non proprio. Dalla pubblicazione della prima edizione di questo libro (2017) a questa nuova edizione accresciuta, le novità sono state molte. La più bella: assistere al successo (preliminare ma entusiasmante) della prima terapia genica a base di CRISPR su una donna affetta da una grave malattia. La più preoccupante: scoprire che le prime bambine con il DNA modificato prima della nascita sono venute al mondo senza le necessarie garanzie etiche e scientifiche. CRISPR, dunque, continua a sollevare problemi di fondamentale importanza. Come possiamo coglierne i frutti in termini di sostenibilità ambientale, progressi medici, nuove conoscenze, evitando i possibili abusi? Siamo tecnicamente e culturalmente pronti a correggere in modo ereditabile il genoma umano? Il dibattito è in corso, ci riguarda tutti, e per comprendere i termini di questa vicenda cruciale, il libro di Anna Meldolesi è lo strumento giusto.

Uno straordinario repertorio fotografico delle meraviglie del Mediterraneo: oltre 2200 fotografie a colori che documentano oltre 1300 specie in ambiente naturale. Testi semplici che spiegano tutta la varietà degli organismi presenti, e informano sulle specie protette e quelle introdotte da altri ambienti. Un libro utile per i subacquei, gli studenti e per tutti coloro che amano il Mediterraneo.

Tutti i grandi protagonisti della storia della scienza hanno gualcosa in comune: un'ingenua, entusiastica curiosità, l'abitudine di osservare, la consapevolezza di non possedere a priori la verità. È l'atteggiamento dei "cercatori di meraviglia" che da sempre anima chi tenta di capire il mondo interrogando direttamente la natura (con risultati migliori dopo Galileo, grazie all'uso sistematico del metodo sperimentale). Per mostrare guesto approccio in azione, Amedeo Balbi, astrofisico e divulgatore, ha individuato sei grandi domande che potrebbe porre anche un bambino (La Terra si muove o sta ferma? Perché le cose cadono verso il basso? Cos'è l'elettricità? Cos'è il calore? A che velocità viaggia la luce? Di cosa è fatta la materia?) e racconta come nei secoli gli scienziati si siano cimentati a rispondere. Arriva così a intessere storie affascinanti come quelle di Faraday, il libraio che inventò la dinamo, o di Becquerel, scopritore della radioattività, o di Cavendish che "pesò la Terra", solo per citarne alcune. E, in tutto questo, ci dimostra che la scienza non è una materia fredda e asettica, ma un percorso appassionante fatto da persone in carne e ossa, innamorate dell'universo e con l'ossessione di capirlo.

L'idea di questo libro è emersa durante il periodo di lockdown da COVID-19 e costituisce il frutto di una cercata commistione tra la vicenda di un giovane ricercatore e argomenti prettamente scientifici. Il tentativo è quello di mescolare parti tipiche del romanzo con altre dove domina la divulgazione scientifica affrontata in modo comprensibile ma rigoroso. Si può quindi definire come un romanzo scientifico, nel quale alcuni dei temi che la pandemia ha messo in luce trovano una collocazione in un ambito più generale. La motivazione principale risiede nella ricerca di una spiegazione dei meccanismi alla base di un fenomeno presentato come sconosciuto e senza precedenti, ma che invece si inquadra in un ambito vecchio come il mondo e con il quale l'uomo, come qualsiasi essere vivente, ha sempre dovuto avere a che fare.

Uno sguardo sulla galassia accessibile a tutti. «Di notte, sulla volta celeste, vediamo stelle ovunque volgiamo lo sguardo. Ma in realtà le stelle non sono distribuite nello spazio in modo uniforme. Si trovano invece all'interno di un enorme disco relativamente piatto che ospita anche il nostro Sole e i suoi pianeti. Se guardiamo in direzione perpendicolare alla superficie del disco, vediamo relativamente poche stelle. Se, invece, guardiamo in direzione del suo bordo, ne vediamo moltissime. Il profilo di questo disco pieno di stelle ci appare allora come una larga fascia luminosa che attraversa l'intera volta celeste: la Via Lattea. Il Sole e i suoi pianeti, fra cui la Terra, sono solo minuscoli punti in questo enorme ammasso di stelle.» Quanto è vecchio il mondo? L'universo è infinito? Lo spazio è curvo? Il big bang è accaduto davvero?...A questo tipo di domande, che superano la nostra capacità di immaginazione, sembra impossibile rispondere, perché le risposte sfuggono alla nostra esperienza diretta del mondo. La cosmologia, fin dall'antichità, cerca di indagare questo campo misterioso. Oggi il metodo per la ricerca della risposta coinvolge diverse discipline scientifiche: la chimica, la fisica, la matematica.  Questo libro traccia in modo accessibile un ritratto dettagliato delle scoperte e delle leggi più importanti dell'astronomia, per aiutarci a penetrare – qualunque sia la nostra preparazione scientifica – alcuni dei misteri del cosmo. E lascia spazio al piacere di contemplare una notte stellata.