Matematica e scienze

Black holes are among the strangest denizens of the physicist’s world. Jacob Bekenstein tells here the story of how the thermodynamics of a black hole was discovered by him and Stephen Hawking, following John A. Wheeler’s question about what would happen if a cup of hot tea were dumped into a black hole. He further describes ramifications of these thermodynamics, such as the mysterious information paradox and the holographic bound, which have deeply influenced theoretical physics in the last twenty years. These subjects are just some of the many adventures in physics which the author has witnessed and participated in. He describes the genesis and development of some of them in this book.

Non si può osservare un branco di lupi senza vedere in esso un riflesso di noi stessi, senza constatare con quanta fedeltà rispecchino le nostre contraddizioni e la nostra complessità: una gerarchia sociale temperata dalla pietà, una competizione mista a cooperazione, la nobiltà d'animo accanto alla meschinità. A quanto pare possiedono molte delle qualità che noi ammiriamo, ma una emerge fra tutte, se si tiene conto di tutto ciò che hanno patito per mano dell'uomo: i lupi perdonano. In un'area incontaminata delle Sawtooth Mountains, nell'ldaho, Jim e Jamie Dutcher hanno trascorso sei anni in compagnia di un giovane branco di lupi, per spazzare via i più radicati luoghi comuni e osservare le misteriose regole della loro complessa società. Li hanno visti giocare. Li hanno ammirati rapiti mentre danzavano sulla neve. Li hanno visti lottare per il cibo e per il loro status, esprimere le loro differenti personalità, affrontare le difficoltà e i pericoli della vita selvaggia. Il racconto di duemila giorni vissuti con i lupi spalanca una finestra sulla vita di queste meravigliose creature. E sulle sorprendenti affinità con quella di noi umani.

I numeri racchiudono in sé bellezza e mistero. Fanno parte della nostra vita quotidiana, sono strumenti concreti di misurazione (e di potere, in ogni sua forma) ma anche di raffinate speculazioni filosofiche e artistiche. In un viaggio che unisce meraviglia e curiosità, conoscenze scientifiche e nuove sensibilità estetiche, Claudio Bartocci e Luigi Civalleri ci accompagnano alla scoperta di una delle massime rappresentazioni culturali dell'uomo. I grandi matematici del passato e le sorprendenti proprietà dei numeri; paradossi, congetture ed enigmi; gli strumenti di calcolo, dall'abaco romano alla Summa Prima Olivetti; ma anche un percorso per immagini che capitolo dopo capitolo esplora l'affascinante dialogo tra matematica e arte.

L'orizzonte attuale delle conoscenze della fisica è anche la linea di separazione tra chi ritiene che siamo ormai nelle condizioni di poter dedurre "tutto" e chi invece si aspetta che oltre quell'orizzonte incontreremo fenomeni naturali oggi inimmaginabili. È interessante notare che queste due attitudini corrispondono anche a due fasi del percorso intellettuale di Albert Einstein. Tra il 1905 e il 1917 produsse una serie impressionante di scoperte e teorie, attraverso un approccio curioso e umile nei confronti della natura, mentre negli anni successivi ne adottò uno più arrogante e non fece più nessuna scoperta significativa. Ma questo di Giovanni Amelino-Camelia non è l'ennesimo libro su Einstein, o comunque non solo. È un atto d'amore nei confronti del pensiero scientifico, alieno alle fantomatiche "teorie del tutto" che pretendono di esaurire la sete di conoscenza dell'uomo, e capace invece di alimentare lo stupore con cui l'uomo sfida l'orizzonte del proprio sapere.

Nate poco più di cinquant'anni fa, le neuroscienze hanno vissuto nei decenni a seguire uno sviluppo tumultuoso e variegato. Con esse hanno fatto il loro ingresso nel territorio della scienza argomenti per lungo tempo considerati oggetto esclusivo della ricerca filosofica: la natura della mente e della memoria, lo statuto della coscienza, la questione della libertà. Edoardo Boncinelli ci conduce con la chiarezza del divulgatore nella selva delle domande cui le neuroscienze hanno tentato e tentano ancora di rispondere: come funziona davvero la nostra percezione? Cosa sono le emozioni? Dove si trovano i ricordi? E come agisce realmente la nostra limitata razionalità? Dalle scoperte realizzate emerge un quadro affascinante e suggestivo, l'affresco di una scienza che ha già dato tanto, e che pure non smette di cercare.

Esiste una grande differenza tra le conoscenze formali dei matematici e dei geometri e quello che in biologia e nelle neuroscienze abbiamo imparato fino a oggi sul modo in cui la geometria è rappresentata nel cervello. Vallortigara ci conduce in un viaggio che muove dall'esterno del cervello – il comportamento degli esseri umani – e giunge a indagare a poco a poco quello che succede dentro la scatola nera. Attraverso esperimenti realizzati con topi, formiche, insetti, studiando le funzioni dell'ippocampo e della corteccia entorinale, si scopre una bellezza complessa e vastissima all'interno del cervello umano: una geometria che le neuroscienze sono orgogliose di rivelare. Così ci inoltriamo nel circuito dei neuroni che determinano il nostro orientamento spaziale e, indicandoci la direzione, la distanza, la latitudine, ci permettono di abitare lo spazio.

Le api prendono le loro decisioni collettivamente - e in maniera perfettamente democratica. Ogni anno, alla fine della primavera, devono affrontare un problema cruciale: la sciamatura è il metodo che la famiglia usa per riprodursi, e affrontarla per la “perfetta società” è una questione di vita o di morte. Nella scelta della nuova dimora si mette in gioco la sopravvivenza dell’intero alveare. Lo sciame, una volta staccatosi dall’alveare-madre, si accampa in maniera provvisoria, e avvia un processo di ricerca, discussione e decisione che vede protagoniste centinaia di api esploratrici, che “danzando” riferiscono allo sciame l’esito delle loro indagini: alla fine, grazie a un meraviglioso meccanismo naturale del tutto simile a quello usato da alcuni neuroni del nostro cervello, la scelta viene fatta, e quasi sempre è la scelta migliore. In questa lettura troviamo riassunta la magnifica storia di una ricerca sull’intelligenza dello sciame, durata decenni, svolta da biologi e studiosi del comportamento animale, ma anche ricchi spunti su come anche noi umani potremmo migliorare il nostro modo di discutere e decidere collettivamente.

La forza di gravità è probabilmente, tra le forze fondamentali, quella con cui abbiamo più familiarità ma, al tempo stesso, è indiscutibilmente la forza da cui deriva la struttura e l'evoluzione dell'intero universo. Questo libro presenta in sostanza una storia di come ha progredito la nostra comprensione della gravità. La prima parte del libro comincia dalle prime fondamentali intuizioni di Galileo, prosegue con la teoria sistematica di Newton per arrivare infine alla teoria della gravitazione di Einstein e alle sue applicazioni cosmologiche. La seconda parte del libro tratta di idee completamente nuove che hanno avuto origine nella scoperta della relazione tra gravità, entropia e fisica quantistica ottenuta dagli studi sui buchi neri e hanno condotto fino agli sviluppi più recenti. A partire da questi studi e dalle ricerche sulla gravità quantistica si è potuto stabilire una connessione tra la gravità e l'entanglement quantistico. La gravità (quella di Newton o quella di Einstein) verrebbe a emergere da un mondo quantistico che non la contiene.

Personaggi originali, brillanti, spesso geniali a volte anche eccentrici animano le memorie di John G. Nicholls e ci fanno entrare nel mondo della ricerca. Riderete di gusto guardando da sopra le spalle dei ricercatori tutti intenti ai loro esperimenti sul bancone del laboratorio, scoprendo i lati più umani e vulnerabili di premi Nobel e neuroscienziati di fama internazionale. Tra un thè sorseggiato a Oxford, incontri con rane extra-large in India e slot machine del Nevada, c'è spazio per conoscere chi cucina su un becco Bunsen e chi, in Israele, si ritrova a guidare senza pantaloni! Girata l'ultima pagina, vi dispiacerà congedarvi dai pionieri della neurobiologia.

La scienza modernamente intesa ha poco più di quattro secoli e nei millenni precedenti l’uomo ha seguito strade diverse per rapportarsi con il mondo. La società in cui viviamo è fortemente tecnologica e tutta la tecnologia di cui facciamo quotidianamente uso è figlia della ricerca scientifica. Ciò nonostante ben poche persone sanno cosa sia veramente la scienza e soprattutto quali siano i metodi e i criteri che la scienza impiega per indagare la realtà. La mentalità scientifica si acquisisce con lunghi anni di studio e non è per nulla spontanea. Questo libro si propone di spiegare in modo semplice cosa sia la scienza, come operi, perché ci si possa fidare di essa come realtà animata da motivazioni profondamente etiche e ricca di implicazioni valoriali, nonostante i suoi inevitabili limiti, apprezzando appieno la sua straordinaria portata culturale e il suo potere liberatorio nei confronti di preconcetti, false credenze e superstizioni.

La scoperta scientifica più importante del XX secolo, sosteneva l'inglese Dennis Sciama, è aver capito che viviamo in un universo razionale. La totalità delle cose che esistono, note e ignote, lo spazio e il tempo in cui si muovono, formano una struttura unitaria e ben organizzata che è possibile indagare con i metodi della scienza. Insomma, possiamo cercare di conoscere, nella sua interezza, il Tutto. La seconda scoperta scientifica più importante del XX secolo, sosteneva ancora Dennis Sciama, è aver capito che viviamo in un universo evolutivo. Perché questa struttura singola e ben organizzata, il Tutto, si modifica nel tempo. Entrambe queste scoperte hanno profonde implicazioni filosofiche ed entrambe hanno radicalmente modificato la percezione che l'uomo ha di se stesso.

Perché siamo più interessati a una conversazione al cellulare, di cui sentiamo solo una parte, che a una discussione tra due persone che possiamo ascoltare per intero? I bambini sono più curiosi degli adulti? Qual è l'origine dell'attrazione morbosa che spinge le persone a radunarsi sulla scena di un crimine o di un incidente automobilistico? Qual è lo scopo evolutivo della curiosità? In che modo la nostra mente sceglie dove indirizzare la propria curiosità? La curiosità è fondamentale per la creatività. È l'ingrediente necessario di tutte le forme d'arte, dai thriller ai film, alla pittura, alla musica. È il motore principale della scienza, e tuttavia la comunità scientifica non ha un'opinione condivisa su quali siano esattamente i meccanismi del nostro cervello che ne sono responsabili. Mario Livio, astrofisico e divulgatore scientifico, indaga sulla curiosità partendo da alcune delle più grandi menti di tutti i tempi come Leonardo da Vinci e Richard Feynman e intervistando una varietà di persone eccezionalmente curiose: da un astronauta laureato in statistica, medicina e letteratura fino a Brian May, ex chitarrista dei Queen, che è ritornato sui banchi dell'università per prendere un dottorato in astrofisica. Con un linguaggio chiaro e accessibile illustra le ultime scoperte delle neuroscienze sulla curiosità e le teorie più recenti che ne descrivono il funzionamento.