Matematica e scienze

Un fisico teorico tra i più importanti del CERN di Ginevra torna in treno da un convegno, gli occhi fissi su un denso articolo di cosmologia quantistica. All’improvviso, la voce di una bambina interrompe le sue riflessioni. «Cosa stai leggendo?» «È la storia dell’universo.» «Se racconta tutta la storia dell’universo, parla anche di me?» Da questa domanda, e dall’urgenza di spiegare – unendo la precisione dello scienziato al registro mai banale né ermetico del divulgatore – la storia del cosmo e delle teorie che lo descrivono prende l’avvio il libro che stringete tra le mani. Un viaggio attraverso l’evoluzione dell’universo, che si spinge ai limiti attuali delle possibilità di conoscenza umana, snodandosi tra relatività generale e costante cosmologica, meccanica quantistica e geometrie non euclidee, spazi a curvatura positiva e negativa, principio di indeterminazione di Heisenberg e multiverso… Gian Francesco Giudice riesce a unire scienza, storia della scienza e storia del pensiero, ripercorrendo il dibattito che ha animato una comunità di fisici e di astronomi di fronte all’ipotesi e poi alla conferma del Big Bang: non l’«Inizio di Tutto», l’ipotizzato evento all’origine dello spaziotempo cui spesso si collega questa espressione, ma il fenomeno fisico ormai assodato che segna l’avvento del cosmo descrivibile dalle leggi fisiche conosciute. «L’istante iniziale di una zuppa calda che contiene tutti gli ingredienti dell’odierno universo.» Dalle diatribe più accese alle prime conferme empiriche del Big Bang, questo libro ripercorre le scoperte di grandi pensatori e scienziati fino a condurci alle frontiere dell’attuale ricerca scientifica. Una parabola affascinante e stimolante, che affronta concetti complessi con la fluidità del racconto e ci permette di comprendere meglio l’universo attorno a noi.

Che cos’è un ricordo? È la traccia che la vita lascia dietro di noi quando passa. “Genetica dei ricordi” prende forma a partire da questa idea essenziale, indagando i segmenti della memoria e il modo in cui il passato torna a essere presente. Utilizzando i luoghi e le parole del viaggiare, Andrea Levi fa luce sul legame tra la parte più immateriale di noi, la memoria, e quella più infinitesimale, le nostre cellule. Sotto la lente d’ingrandimento della neurobiologia, si rivela così la vita segreta della rimembranza e dell’oblio, fatta di neuroni parlanti, dimenticanze, memorie che sopravvivono e altre che si ereditano. Dal paziente H.M. all’”Orlando furioso”, dall’epigenetica all’arte di saltare nelle pozzanghere: parole di scienza e frammenti di vita concorrono a far luce sulla liquida materialità di quel che si dimentica e non si dimentica. Perché se è vero che siamo la nostra storia, per conoscere noi stessi dobbiamo prima conoscere la nostra memoria.

Un libro per capire come e perché le piante ricordano e comunicano tra di loro. Molti sono convinti che parlare alle piante ne favorisca la crescita, ma quanti sono disposti a riconoscere una vita mentale alle piante? Eppure, se consideriamo che pensare non è altro che la capacità di recepire stimoli dall'ambiente, elaborarli e mettere in atto strategie finalizzate ad uno scopo, allora possiamo dire che sì, le piante hanno una qualche forma di cognizione. Le piante ricordano, si muovono, decidono, si orientano e interagiscono tra loro; non solo: possono essere opportuniste, generose, ingannevoli. Uno sguardo insolito puntato nella vita segreta del mondo vegetale, molto più complesso, attivo, sensibile e a noi vicino di quanto crediamo.

Il mondo non sarebbe lo stesso senza J. Robert Oppenheimer, il fisico geniale al centro del Progetto Manhattan che ideò e poi consegnò ai militari Usa la forza devastante della bomba atomica. Di origine ebraica, Oppenheimer si era trovato fin da giovanissimo a collaborare con scienziati come Fermi, Einstein, Dirac, Born, Heisenberg e Pauli, ma mantenne per tutta la vita un profilo da irregolare, appassionato di storia romana e filosofie orientali, induismo e arte. Proprio questo spirito umanista lo allontanava dal gelido pragmatismo dello scienziato, che rischia sempre di farsi mero strumento del presente. Oppenheimer infatti aveva accettato di aiutare il governo americano a fermare l’orrore nazista, ma sapeva benissimo che le sue azioni avevano dissipato gli spettri della guerra solo per crearne di nuovi e più spaventosi – quelli dell’apocalisse nucleare, celati dietro il fragile mito della deterrenza. Questo libro raccoglie otto lezioni e conferenze tenute in ambiti diversissimi – di fronte a semplici studenti e generali, diplomatici e gente comune. La prima è del 1947, nell’immediato dopo-bomba, quando già Oppenheimer si batteva per creare un organo internazionale di controllo sulla proliferazione delle armi atomiche; l’ultima è del 1954, quando proprio per questo alacre lavoro di lobbismo diplomatico finì nel mirino del senatore McCarthy, sospettato di essere al soldo dell’Unione Sovietica. "Quando il futuro sarà storia" restituisce appieno i tormenti dell’uomo e dello scienziato, tra paure per il futuro e slanci utopistici sul ruolo della scienza nella società, sempre con la consapevolezza che sono gli esseri umani, e non gli stati, a costruire le basi del mondo che verrà.

L'esperienza del desiderio ci accompagna in molti momenti della vita quotidiana. Pensiamo a quando, davanti allo scaffale del supermercato, tendiamo la mano verso un certo prodotto e non verso un altro; ciò che ci spinge è uno stato mentale, un sentimento, la cui intensità regola i nostri comportamenti, dai più banali fino alle decisioni cruciali dell'esistenza. Questo libro racconta la storia dell'idea che ha reso possibile lo studio scientifico e la matematizzazione del desiderio. Un'idea semplice, descritta a metà dell'Ottocento da un fisiologo poco noto, ma applicabile a tutti quegli ambiti del nostro quotidiano in cui sono in gioco le scelte, piccole o grandi che siano: dal tenere sotto controllo il nostro rapporto col cibo, al come far fruttare i nostri risparmi, fino alla nostra vita sentimentale.

Come ha fatto il lupo a diventare cane? Per quale motivo ha cominciato a collaborare con l’uomo, aiutandolo a cacciare, per poi convertirsi via via in un vero e proprio animale domestico, il compagno più fedele che possiamo vantare di avere? Sono stati forse la spiccata attitudine sociale e l’elevata disponibilità alla cooperazione a renderlo tale? In qualsiasi modo sia andata, l’evoluzione da lupi a cani è stato un processo lungo che ha richiesto la disponibilità e l’interesse di entrambe le parti in gioco: gli uomini si sono dovuti accordare con i cani e, nell’intento, temere pure di essere aggrediti, ben sapendo che ferite anche banali da morso di cane potevano causare il tetano e altre infezioni letali; i cani in qualche modo hanno accettato la disciplina, che poco per volta ha influenzato i loro atteggiamenti in un percorso durato moltissime generazioni, anche se è particolarmente difficile distinguere il comportamento appreso e impartito da una parte e quello naturale dall’altra. (Forse, però, per gli esseri umani è stato un po’ più facile, dato che non hanno dovuto imparare a riconoscere l’ululato dei lupi o le sfumature dei versi dei cani, per poter comunicare con loro...) Josef H. Reichholf torna dunque con un nuovo libro per raccontare, con competenza e passione, una delle relazioni più antiche dell’evoluzione: l’amicizia tra il cane e l’uomo. Un saggio documentato suddiviso in due parti: nella prima analizza dettagliatamente l’origine del cane con esiti provenienti dalla biologia evolutiva, dalla genetica, dall’epigenetica e dall’archeologia, nella seconda passa a una narrazione più emotiva per descrivere il rapporto con il cane che lui stesso ha cresciuto sin da quando era piccolo. Il cane, come vedremo, è un fenomeno, qualcosa di talmente unico che non sarebbe stato possibile inventarlo, una strana creatura che non si lascia incasellare facilmente. La storia di come il cane è diventato l’animale splendido che oggi conosciamo è davvero coinvolgente. E ci riguarda tutti, che ne possediamo uno oppure no.

Una riflessione preziosa sul futuro che vogliamo costruire, a partire dalla nascita dei nostri figli. L’eccessiva medicalizzazione di ogni aspetto della vita è sotto gli occhi di tutti, così come sono evidenti le conseguenze negative di un atteggiamento che tende a privilegiare una visione tecnocratica della società. In questo libro il grande chirurgo e pensatore francese riflette sulle forze che hanno trasformato la nascita in un problema medico e sulle conseguenze per il nostro futuro collettivo. Qual è il futuro della nostra capacità di generare? Cosa succederà a quelle funzioni fisiologiche che tralasciamo di impiegare? Poiché sta cambiando il modo di fare nascere i bambini, dobbiamo, di conseguenza, attenderci un qualche mutamento della nostra specie?   Dalla quarta: In quale società vogliamo vivere? Michel Odent pone chiara questa domanda a se stesso e al lettore, spiegando, dati alla mano, quali conseguenze hanno avuto e potranno avere le profonde trasformazioni nel modo di concepire la salute, la nascita, l’evoluzione. La medicalizzazione e la tecnologia si insinuano con sempre maggiore invasività in tutti gli aspetti della nostra vita, con un forte impatto anche sulla nostra capacità di generare e di curare. Dagli strumenti della scienza sapremo trarre nuove consapevolezze o ne saremo travolti? Domande cruciali, che hanno bisogno di risposte.

La nuova astronomia, le osservazioni compiute con il cannocchiale e il microscopio, il principio di inerzia, gli esperimenti sul vuoto, la circolazione del sangue, le grandi conquiste del calcolo. E insieme le grandi idee e i grandi temi che furono centrali nel corso della rivoluzione scientifica: il rifiuto della concezione sacerdotale o ermetica del sapere, la nuova valutazione della tecnica, il carattere ipotetico o realistico della nostra conoscenza del mondo, i tentativi di impiegare i modelli della filosofia meccanica, la nuova immagine di Dio come ingegnere o orologiaio, l’introduzione della dimensione del tempo nella considerazione dei fatti naturali. Questa materia immensa, questa nuova immagine del mondo, è affrontata con facilità, trasparenza, precisione e rara passione da Paolo Rossi, storico della filosofia e della scienza. «Ciò che chiamiamo ‘scienza’ acquistò in quegli anni alcuni di quei fondamentali caratteri che ancora oggi conserva e che giustamente apparvero ai padri fondatori qualcosa di nuovo nella storia del genere umano: un artefatto o un’impresa collettiva, capace di crescere su se medesima, volta a conoscere il mondo e a intervenire sul mondo. Quell’impresa, che certo non è innocente, né mai si è ritenuta tale, a differenza di quanto è avvenuto per gli ideali politici, le arti, le religioni, le filosofie, è diventata una potentissima forza unificatrice della storia del mondo».

Per più̀ di un secolo si è tentato di stabilire una precisa corrispondenza fra strutture anatomiche del cervello e funzioni del comportamento. È giunto il momento di abbandonare questo assioma, per più̀ ragioni. Innanzitutto, una delimitazione concreta e precisa, in base a un’anatomia fine, delle cosiddette aree deputate si è rivelata impossibile, anzi, sempre più̀ smentita dai fatti. Inoltre, le svariate aree cerebrali dove ‘ha sede’ il comportamento in realtà̀ non funzionano in modo autonomo ma presentano connessioni neuronali complesse con aree anche molto lontane, che si influenzano a vicenda; ossia il cervello si presenta piuttosto come un sistema complesso di interconnessioni tra diverse parti a un livello di complessità̀ più̀ basso, che, in interazione reciproca, producono comportamenti emergenti. Infine, neppure le spettacolari tecniche attuali di esplorazione dell’attività̀ cerebrale, che si vorrebbero chiamare a sostegno della localizzazione cerebrale di funzioni del comportamento, sono riuscite a fornirci una maggiore comprensione di come in realtà̀ funzionino le cose. A partire dagli anni quaranta del Novecento, con la nascita di discipline come la cibernetica e la biologia dei sistemi, la teoria dei sistemi complessi si è diffusa nella maggior parte dei campi della conoscenza in cui le interazioni tra gli elementi sfidano la nostra capacità di decifrare come funziona un determinato sistema. Il punto di partenza dell’indagine di Pessoa è proprio considerare il cervello un sistema complesso e interconnesso, in grado di generare la cognizione e il comportamento. Non si tratta di un sistema modulare, da comprendere una regione alla volta, ma di una rete complessa, a volte ingarbugliata, i cui fili sono inestricabilmente collegati e in reciproca e costante interazione. Facendo appello alla neuroanatomia comparata, alla biologia matematica e alla cibernetica, Pessoa dimostra come le regioni cerebrali svolgano funzioni specifiche solo quando sono immerse in una rete più̀ ampia. In questa prospettiva, anche il problema del rapporto mente-cervello assume aspetti completamente nuovi.

Nella sua incessante indagine sulle unità fondamentali che formano il mondo attorno a noi, la fisica si è spinta in regioni sempre più piccole della materia, e a partire dalla fine dell'Ottocento la matematica ha assunto un ruolo sempre più importante, offrendo la possibilità di costruire modelli della realtà attraverso oggetti rappresentabili soltanto matematicamente. Dagli atomi alle particelle elementari, giù fino agli ineffabili quark, ci siamo sganciati dai riferimenti sicuri dell'intuizione immediata e abbiamo abbandonato il sostegno di consolidate categorie filosofiche. Il visibile, scomposto nei suoi costituenti elementari, è diventato invisibile e per questo, paradossalmente, comprensibile. La rivoluzione della fisica del Novecento è quindi stata soprattutto una rivoluzione filosofica, sostiene Giuseppe Bruzzaniti, che in questo libro ci accompagna in un viaggio singolare nella storia della scienza, in cui incontreremo le stupefacenti proprietà degli atomi e dei quark, del vuoto quantistico ribollente di particelle virtuali, del bosone di Higgs e la sorprendente idea, usando le parole di Steven Weinberg, «che il nostro mondo solido di alberi e pietre possa essere fatto di campi quantistici e nient'altro».

Questo volume presenta i concetti fondamentali del calcolo delle probabilità e le più importanti metodologie statistiche. Come nelle edizioni precedenti grande cura viene posta nella trattazione della teoria della probabilità, avvalendosi di alcuni strumenti di calcolo differenziale e integrale. L’enfasi, tuttavia, non è posta sull’aspetto matematico-formale, ma sul fondamento concettuale delle tecniche statistiche presentate, e in particolare sulle loro basi probabilistiche. L’esposizione procede dalla statistica descrittiva al calcolo delle probabilità, alle principali tecniche di statistica inferenziale (stima parametrica, verifica delle ipotesi, regressione, analisi della varianza, test di adattamento al modello e di indipendenza, test non parametrici), e si conclude con il controllo statistico della qualità e dell’affidabilità dei sistemi. Il testo è ricco di esempi concreti, tratti da ambiti applicativi diversi, dall’ingegneria alle scienze biologiche. La quarta edizione è stata riveduta e ampliata con nuovi argomenti e con l’aggiunta di numerosi esempi ed esercizi. Viene inoltre presentato e utilizzato R, software libero e gratuito, per l’analisi statistica. Sheldon M. Ross è Daniel J. Epstein Chair e Professor of Industrial and Systems Engineering presso la University of Southern California. L’edizione italiana è stata curata da Francesco Morandin, professore di Probabilità e Statistica presso il Dipartimento di Scienze matematiche, fisiche e informatiche dell’Università di Parma.