Matematica e scienze

Come fa Superman, con un solo balzo, ad arrivare sul tetto di un edificio di trenta piani? Cosa dice, dell'eroe dei fumetti, questo salto di 200 metri? Quasi tutto. Basta applicare le leggi di Newton: per sfidare la gravità, saltando cosi in alto, Superman, se pesa 100 chili, deve avere una velocità iniziale di oltre 200 chilometri l'ora e, dunque, applicare al salto una forza di oltre 25 tonnellate al secondo. Impossibile per un terrestre, ma non per chi è nato su Krypton, che ha una gravità maggiore. Kakalios spazia dalla meccanica quantistica, alla termodinamica, alla relatività, alla fisica dei solidi... altrimenti come spiegare in che modo l'Uomo Invisibile riesce a passare attraverso i muri?

La fisica quantistica è la più solida base delle nostre conoscenze. Praticamente tutto ciò che sappiamo sul mondo passa per questa disciplina, e sono tantissime le realizzazioni pratiche che questa scienza ha reso possibili: dal laser ai transistor, dalla risonanza magnetica al telefono cellulare che ognuno di noi ha in tasca. Eppure, per la grande maggioranza delle persone si tratta di una materia totalmente ignota, ritenuta troppo «difficile», «arida» nella sua trattazione matematica, o «astrusa» nei suoi assunti di base. Nel migliore dei casi, un gioco per menti eccentriche, terribilmente complesso, al quale non conviene avvicinarsi, e che comunque nulla ha a che fare con la poesia del mondo. E questo è un vero peccato, perché la fisica quantistica è innanzi tutto «bella», almeno quanto la poesia; e sebbene sia in effetti controintuitiva in maniera sconcertante (come la poesia) e a suo modo complicata, per capirne i segreti non è affatto necessario conoscere la matematica, almeno se a raccontarcela sono il Premio Nobel Leon Lederman e il suo collega Christopher Hill. Il dono della divulgazione di questi due autori, la loro verve stilistica e la loro indubbia competenza, permettono infatti a chiunque legga Fisica quantistica per poeti di capire finalmente a fondo fenomeni reali (eppure in un certo modo fiabeschi), come l'esistenza di particelle che «sanno» dove andare ancor prima di partire o che possono trovarsi in due luoghi contemporaneamente. Un mondo magico e al tempo stesso molto reale, che è appunto quello in cui viviamo.

Con una serie di ricerche, svolte nel secondo dopoguerra e ormai diventate patrimonio della biologia, Karl von Frisch ha dimostrato che nelle api è presente un trasferimento di informazione per mezzo di segni convenzionali. Come l'uomo, dunque, anche l'ape può venir definita un animale "simbolico". Le scoperte di von Frisch, premiate col Nobel nel 1973, rappresentano una tappa fondamentale dell'elaborazione teorica della biologia e hanno contribuito ad abbattere una delle ultime barriere che separavano la specie umana dal resto del mondo animale. "Il linguaggio delle api" è il libro più importante dello scienziato austriaco, nel quale vengono illustrati gli esperimenti originali da lui condotti sulle modalità di percezione e di comunicazione di queste enigmatiche e affascinanti creature. Come tutti gli esperimenti classici, quelli di von Frisch si caratterizzano immediatamente per la loro semplicità dando a chi legge un senso schietto di partecipazione alla ricerca.

Jim Al-Khalili è un fisico teorico di grande talento comunicativo. Per lui i paradossi apparentemente insolubili sono un'ottima occasione per spiegare come funziona la scienza. Per questo ne ha scelti nove, tra più e meno noti, e sulla loro traccia ha costruito questo libro, divertente, stimolante, ironico e che ha la capacità di sconcertare con la semplice accumulazione di elementi imprevedibili. Insomma, un libro che non lascia riposare la mente. Si va dal classico paradosso di Achille e la tartaruga (del quale però scopriamo un insospettabile risvolto quantistico) alla più semplice domanda che l'uomo può farsi guardando la volta stellata: perché di notte fa buio? Sembra incredibile, ma dietro a questa domanda apparentemente banale si nasconde una delle più eclatanti scoperte della fisica contemporanea, che era lì, alla portata degli esseri umani fin dalla preistoria, ma che ha trovato una soluzione plausibile solo pochissimo tempo fa. Incontreremo anche l'inquietante diavoletto di Maxwell, il povero gatto di Schrödinger, che è contemporaneamente vivo e morto, lo strano caso degli oggetti che si accorciano viaggiando, quello ancor più strano del tempo che si dilata e si contrae a suo capriccio, per non dire del mistero (paradossale anch'esso, grazie a un'intuizione di Enrico Fermi) della vita extraterrestre. Sono i diabolici paradossi della fisica, che danno da pensare, ma alla fine hanno una soluzione insperata.

A un uditorio che si presume esilarato un Feynman in forma smagliante lancia le sue provocazioni intellettuali, spiegando col suo stile immediato e antiretorico in che consiste il metodo scientifico; mostrando, ad esempio, come sovente un'ipotesi da «quasi certamente» falsa possa diventare «quasi certamente» vera. O viceversa. Nel «quasi» è il succo di tutto il suo argomentare, un misto accattivante di vera-falsa ingenuità e di spietata astuzia analitica che lo porta a vagabondare al di fuori della fisica, nelle regioni di confine, dall'etica alla religione alla politica, a chiedersi il perché delle cose, della vita, di tutto, mosso da una curiosità insopprimibile, fanciullesca.

Questo libro parla di un delitto. E del suo autore, a cui quel crimine costerà molto caro. Tutto accade in poco tempo, tra l'ottobre del 1608 e il gennaio del 1610, quando il cielo che si credeva di conoscere viene distrutto. Il cielo contemplato da Omero e Ovidio, da Aristotele e Tolomeo, da Dante e Tommaso d'Aquino, a un certo punto non esiste più. Anzi, ed è questa la cosa davvero terribile, non è mai esistito. E a fargli violenza, a stravolgere l'idea di rassicurante ordine che da sempre simboleggiava, è un oggetto nato quasi per scherzo, che permette di trascendere i limiti imposti dalla natura ai sensi e alla conoscenza umana. Spesso descritta in modo lineare e al limite della banalità, l'invenzione del telescopio assume qui, grazie anche alla pubblicazione di numerose lettere e documenti d'archivio inediti, i tratti di una storia più complicata e sofferta, dove in primo piano non c'è solo Galileo. Con lui, protagonisti sono matematici, astronomi, filosofi e teologi come Paolo Sarpi, Johannes Kepler e il cardinale Bellarmino, ma anche artigiani, uomini di corte, ambasciatori, nunzi pontifici e sovrani come Rodolfo II, Enrico IV e Giacomo I, insieme a poeti e artisti della levatura di John Donne e Jan Brueghel. Una storia avvincente, raccontata istante per istante, dove la potenza visiva del nuovo strumento fini per incarnare significati che andavano ben oltre la scienza degli astri.

Sono molti i libri che descrivono come Internet stia cambiando l'economia, il lavoro o la vita politica del mondo. Questo saggio, che dalla sua uscita in America continua a suscitare vivacissimi dibattiti e discussioni, si occupa di un fenomeno altrettanto importante: di come Internet stia rivoluzionando la natura della nostra intelligenza collettiva e la nostra comprensione della realtà. La conoscenza scientifica non è più il frutto dell'avventura, eroica e solitaria, del grande uomo e dell'intelligenza singolare, o delle diverse convergenze fra industria, apparati militari, capitale finanziario e istituti di ricerca. La cultura scientifica contemporanea ha incorporato ormai come parte integrante degli stessi oggetti, obiettivi e protocolli della ricerca, fin dall'atto della loro primitiva elaborazione, il criterio della necessaria, e il più possibile ampia, condivisione di teorie, scoperte, modelli e paradigmi. Sono tanti gli esempi di condivisione, approfondimento o innovazione dei risultati di esperimenti e ricerche che spiccano nella ricostruzione di Nielsen: i fisici che mettono in Rete le loro ipotesi e ricerche; la formazione di database nei quali i genetisti stanno depositando le sequenze di Dna in corso di individuazione; i matematici che all'interno del Polymath Project, sempre online, collaborano e si confrontano per trovare in modo rapido soluzioni a problemi ancora irrisolti; o i 250000 astronomi dilettanti che per Galaxy Zoo stanno studiando la struttura dell'universo.

"La variazione degli animali e delle piante allo stato domestico" va considerata una delle tre opere maggiori di Darwin, insieme all'Origine delle specie e all'Origine dell'uomo. Sono i tre libri che fondano il pensiero evoluzionista. Però del terzetto, la Variazione è senz'altro quello che ha avuto meno attenzione fra gli studiosi. In Italia, addirittura, non ha avuto traduzioni successive a quella di Giovanni Canestrini del 1876. Qualcuno ha pensato che quest'opera valesse soltanto per le pezze d'appoggio che forniva alla teoria generale darwiniana, ma in realtà è il luogo dove Darwin definisce questioni fondamentali come le leggi per l'ereditarietà, l'incrocio e la variazione. I meccanismi della selezione naturale e della selezione artificiale indotta dall'uomo procedono con modalità diverse, ma appartengono allo stesso ordine di fenomeni, e questa è un'acquisizione scientifica che conferma la teoria evoluzionistica e la apre a una serie di questioni mai affrontate prima da Darwin. Per il lettore non specialista va anche aggiunto che lo stile argomentativo di Darwin è sempre comprensibile e accattivante, anche perché gli scienziati dell'epoca non avevano ancora elaborato linguaggi troppo tecnici, accademico-esoterici. E dunque ripercorrere queste pagine significa accedere a uno degli snodi principali della scienza moderna imparando tante cose che riguardano piante e animali ben noti coi quali abbiamo a che fare quotidianamente. Prefazione di Telmo Pievani.

Rielaborato e meditato per quasi vent'anni nella quiete della campagna inglese, alla sua pubblicazione, nel 1859, questo capolavoro della letteratura moderna ha cambiato per sempre il nostro modo di vedere il mondo, segnando da allora un "prima" e un "dopo". La teoria della selezione naturale, proposta in queste pagine, è alla base della moderna biologia evoluzionistica, ma da molti decenni ormai è entrata a far parte del nostro bagaglio culturale più ampio, ben al di là del suo merito scientifico. E, come per tutti i classici, la sua attualità non tramonta e continua a stupire. Prefazione di Luca e Francesco Cavalli Sforza. Introduzione di Giuseppe Montalenti.

Al pari della teoria relativistica di Einstein o di quella psicoanalitica di Freud, l'etologia, la scienza di cui Konrad Lorenz è stato l'iniziatore e che studia il comportamento animale con il metodo dell'analisi comparata, è entrata ormai stabilmente nella "coscienza collettiva" e nella cultura dell'Occidente. Questo trattato di "fondamenti e metodi" è una vera summa del pensiero lorenziano, con la quale deve misurarsi anche chi voglia solo contestarne i risultati. Accusato spesso di eccessivo innatismo, Lorenz sorvola qui sugli aspetti del comportamento umano, ma i risultati di etologia animale che vengono illustrati sono di portata così generale che il riferimento è trasparente. Il luminoso ma fragile edificio della nostra razionalità, sembra ammonire Lorenz, poggia su un terreno di istinti primordiali che abbiamo in comune con creature ben più primitive nella scala evolutiva e con cui dobbiamo fare i conti.

Un giorno, a New York, Oliver Sacks partecipa all'incontro organizzato da un batterista con una trentina di persone affette dalla sindrome di Tourette: "Tutti, in quella stanza, sembravano in balia dei loro tic: tic ciascuno con il suo tempo. Vedevo i tic erompere e diffondersi per contagio". Poi il batterista inizia a suonare, e tutti in cerchio lo seguono con i loro tamburi: come per incanto i tic scompaiono, e il gruppo si fonde in una perfetta sincronia ritmica. Questo stupefacente esempio, spiega Sacks, è solo una particolare variante del prodigio di "neurogamia", che si verifica ogniqualvolta il nostro sistema nervoso "si sposa" a quello di chi ci sta accanto attraverso il medium della musica. Presentando questo e molti altri casi con la consueta capacità di immedesimazione, Sacks esplora la "straordinaria forza neurale" della musica e i suoi nessi con le funzioni e disfunzioni del cervello.

I quattro volumi che compongono quest'opera possono essere letti e consultati autonomamente, pur componendo nel loro complesso un disegno coerente. Il quarto volume è dedicato all'intreccio profondo, di confronto e di cooperazione, di scontro-incontro, di reciproca necessità tra la matematica e le altre discipline elaborate dall'ingegno umano. Non vi è nulla che separi nettamente la ricerca matematica dalla cosiddetta "cultura", né in campo umanistico (argomento del terzo volume, intitolato Suoni, forme, parole e in uscita nel 2011) né in quello scientifico (argomento di questo quarto volume). La fisica, l'economia, la computer science o la biologia sono legate a doppio filo con la matematica, che ne rappresenta a un tempo l'ispirazione e il termine di paragone; simmetricamente, la matematica trova a sua volta nelle altre discipline ispirazione concettuale e metodologica, in un gioco di specchi che risulterà chiaro al lettore di quest'opera.