Matematica e scienze

Dalla teoria dell’informazione alla cosmologia, dalla struttura delle società animali all’analisi linguistica degli scritti umani, i sistemi formati da molte parti in interazione tra loro mostrano spesso un comportamento collettivo non prevedibile a partire dal comportamento dei singoli costituenti. In "Più della somma delle parti", Helmut Satz affronta diverse forme di questo complesso fenomeno, indagato a fondo solo negli ultimi decenni. I primi studi sono stati compiuti nell’ambito della fisica, ma hanno presto trovato una più ampia applicazione e sono oggi utilizzati per ricerche che spaziano dalla struttura dell’universo primordiale alla formazione degli stormi di uccelli e alla frequenza di determinate parole nei testi letterari. La complessità sta diventando così un campo interdisciplinare sempre più importante per la ricerca scientifica. Affrontando l’argomento da un punto di vista teorico e non tecnico, Satz intende avvicinare a questa affascinante area di ricerca un pubblico di lettori non specialisti, esaminando una serie di fenomeni naturali che non si possono descrivere in modo soddisfacente con la scienza tradizionale e mostrando come essi siano il risultato di interazioni collettive di molti enti.

Uno dei più profondi misteri del nostro universo è costituito dal problema della sua origine: il Big Bang ci spiega la sua nascita, ma cosa ci predice della sua fine? Roger Penrose, premio Nobel per la Fisica nel 2020, si interroga su questa domanda da tutta una vita, da quando era allievo a Oxford e compagno di studi di Stephen Hawking. Sfruttando e rileggendo in modo originale le più grandi scoperte degli ultimi decenni – dalla materia all’energia oscura, fino ad arrivare alla radiazione cosmica di fondo ai buchi neri – Penrose azzarda una nuova teoria unitaria detta CCC, “cosmologia ciclica conforme”, nella quale ci spiega la storia dell’universo come una (infinita) successione di eoni, dove la fase finale dell’uno coincide con l’inizio di quello seguente. Risolvendo così una serie di incongruenze date dalla teoria della continua espansione, Roger Penrose descrive in uno stile illuminante e comprensibile, ma ricco di apparati e possibilità di approfondimento per i lettori più esperti, una teoria che è una sorta di eterno ritorno dell’uguale cosmologico, compiendo ulteriori passi avanti nella scoperta del nostro universo e aprendo a prospettive di studio completamente nuove.

L'arrivo di un messaggio inatteso da parte di qualcuno che amiamo, la prospettiva di una promozione sul lavoro, l'uscita imminente di una nuova stagione della nostra serie tv preferita. Tutti conosciamo il sottile senso di euforia che corre sottopelle in queste situazioni, e in molte altre che scandiscono ogni giorno le nostre vite. Assai meno nota è invece la responsabile di questa sensazione inconfondibile, che pur senza accorgercene tendiamo immancabilmente a ricercare: la Dopamina. Si è creduto a lungo che la dopamina, un neurotrasmettitore prodotto in diverse aree del nostro cervello, fosse solo la "molecola del piacere". In questo libro innovativo e sorprendente, Daniel Z. Lieberman e Michael J. Long dimostrano che in realtà è molto di più: solo una cellula cerebrale su due milioni produce dopamina, eppure queste cellule esercitano sul comportamento umano un'influenza decisiva. La dopamina è la molecola che ha permesso ai nostri antenati di sopravvivere e alla società di progredire; è, soprattutto, la molecola del desiderio, quella che scatena i nostri impulsi e ci induce a cercare stimoli sempre nuovi, che ci porta a esplorare luoghi sconosciuti e lontani, o che ci fa mettere a rischio un amore felice solo per l'ebbrezza di una nuova conquista. Sesso, gioco d'azzardo, cibo, droghe. La dopamina pretende da noi sempre qualcosa in più, ma a quale prezzo? È possibile trovare il giusto equilibrio tra desiderio e soddisfazione? Attraverso esperimenti scientifici, storie di vita quotidiana ed esempi tratti da cinema, musica, letteratura e serie tv, Lieberman e Long ci aiutano a comprendere come funziona davvero la chimica dei desideri, svelando cosa si nasconde dietro lo specchio delle nostre brame.

L'Intelligenza Artificiale è una delle più grandi promesse dell'umanità; grazie ai suoi sviluppi, attuali e futuri, saremo probabilmente in grado di fare cose che oggi sarebbero impensabili, vivremo meglio, e magari più a lungo e più felici. E tuttavia c'è una nube minacciosa sopra il cielo dell'Intelligenza Artificiale, e con questo libro Nick Bostrom è stato il primo a vederla e ad analizzarla, lanciando un allarme che ha avuto un'eco vastissima in tutto il mondo. Siamo certi che riusciremo a governare senza problemi una macchina «superintelligente» dopo che l'avremo costruita? Se lo scopo dell'attuale ricerca sull'Intelligenza Artificiale è quello di costruire delle macchine fornite di un'intelligenza generale paragonabile a quella umana, quanto tempo occorrerà a quelle macchine, una volta costruite, per superare e surclassare le nostre capacità intellettive? Poco, ci informa Bostrom, pochissimo. Una volta raggiunto un livello di intelligenza paragonabile al nostro, alle macchine basterà un piccolo passo per dare origine a superintelligenze che per noi risulteranno rapidamente inarrivabili. A quel punto le nostre creature potrebbero scapparci di mano, non necessariamente per «malvagità», fino alle prospettive ipotizzate da tanta narrativa e filmografia di fantascienza: distruggere l'umanità o addirittura il mondo intero. Per questo – sostiene Bostrom – dobbiamo preoccuparcene ora. Per non rinunciare ai benefici che l'Intelligenza Artificiale potrà apportare, è necessario che la ricerca tecnologica si ponga adesso le domande che questo libro pone con enorme chiarezza e chiaroveggenza.

Com’è cominciata la vita? Come si è evoluta per arrivare fino a noi? Come e perché è stata ricreata in laboratorio? La si può rendere immortale? Sono domande che non possiamo non farci. E a cui la scienza continua a dare risposte nuove e sorprendenti. Nel giro di pochi anni è cambiato tutto; oggi non solo il Dna si può estrarre e sequenziare con risultati assai affidabili ma questi studi aprono prospettive inimmaginabili. Cominciamo a capire chi erano davvero i nostri antenati e che rapporto c’era fra loro e i nostri cugini più prossimi, come si sono spostati da una parte all’altra della Terra, e come si sono incrociati. E come quelle migrazioni – così simili a quelle di oggi – ci abbiano consentito di prendere dai Neanderthal il buono (i geni capaci di difenderci da certi batteri e virus) e qualche volta il meno buono (la predisposizione a certe malattie). Sono solo alcune delle maggiori rivelazioni che negli ultimi anni stanno rivoluzionando la conoscenza dell’uomo, della sua storia e del mondo che ha popolato: dalla nascita della vita sulla Terra al sogno (impossibile) dell’immortalità. Tra geni e cellule, Covid e vaccini, creatività e studi sul cervello, uno dei maggiori rappresentanti della ricerca in Italia guida il lettore attraverso i più recenti e affascinanti sviluppi della scienza moderna spiegando come solo un rinascimento della ricerca possa contribuire a disegnare un futuro migliore per la nostra specie e il pianeta in cui viviamo.

Anche le lumache si innamorano? I piccioni sanno riconoscere la bellezza? E i delfini abboccano ai trucchi di magia? Per scoprire la risposta non resta che tuffarsi in acqua, un ambiente meno pacifico e silenzioso di quanto ci si aspetterebbe: tra i polpi australiani che si lanciano alghe e conchiglie in fondo al mare, gli sputi dei pesci arciere e le carpe che ascoltano musica blues, bisogna fare attenzione soprattutto alla guida spericolata dei pesci rossi. Per sfuggire alla traiettoria delle loro fiammanti cabriolet, torneremo sulla terraferma, ma senza smettere di stupirci: se fuori dall’acqua ci si innamora strisciando con i dardi avvelenati delle chiocciole, si scoprirà poi che le dimensioni contano per tutti, anche per i bombi, e che arte e magia non sono affatto piaceri esclusivamente umani. Le api sanno distinguere le pennellate impressioniste di Monet da quelle cubiste di Picasso, gli uccelli giardiniere seducono le loro femmine con meravigliosi giochi prospettici e le mantidi amano il cinema, rigorosamente in 3D. Ma si incontrano anche topi che si trasferiscono in città, cani che è meglio non svegliare dai loro sogni e gatti che sanno tutto di noi. Con una penna spigliata e ironica, Giulia Bignami ripercorre i risultati scientifici emersi negli ultimi anni in varie università del mondo, accompagnandoci in un viaggio esilarante e ricco di sorprese tra i più curiosi esperimenti etologici, illustrati dall’immaginazione di Laurina Paperina. Divertimento e scienza si mescolano in un racconto appassionante che, accorciando sempre più le distanze con gli animali non umani, ci parla moltissimo anche di noi.

Immaginate di dover spiegare che cos’è il dolore fisico a una persona che non l’ha mai provato in vita sua. Che cosa direste? È la prima delle tante domande che guidano la giornalista scientifica Roberta Fulci nella sua indagine sulla natura del dolore. Il dolore si può misurare? Può essere considerato un senso? In passato era vissuto diversamente? Che significato evolutivo ha? La nostra idea di dolore cambia con l’esperienza, l’ambiente, la lingua, la cultura? Ogni risposta apre nuove prospettive e nuovi interrogativi che ruotano sempre attorno alla questione centrale: che cosa chiamiamo dolore? Roberta Fulci ha parlato con i protagonisti della ricerca sul dolore, affrontando il tema con brio e con una scrittura coinvolgente che mette da parte l’approccio accademico per intrecciare le storie più diverse: dal ricercatore che colleziona micidiali punture di insetto al polpo che sceglie da che parte stare, fino alla neuroscienziata che mostra ridendo la sua “stanza delle torture”. Restituendo così un quadro ricco e sorprendente di un tema tanto complesso quanto universale nelle nostre vite.

Cos’hanno in comune la “macchina dei terremoti” inventata da Nikola Tesla, le attività paranormali in un laboratorio dell’Università di Coventry e il canto di una balena solitaria? Frequenze, onde e vibrazioni sono fenomeni intangibili, sui quali c’è ancora molto da scoprire, ma che hanno un grande impatto sulle nostre vite. Richard Mainwaring – musicista, produttore e presentatore – li spiega mescolando scienza, storie eccezionali e citazioni musicali, e usando come strumento narrativo il suo Pianoforte Infinito, che include tutte le frequenze possibili, quelle che possiamo sentire e quelle impercettibili al nostro orecchio. "Onda su onda" non è solo un libro di musica, perché la musica non è che una delle tante forme di frequenza con cui abbiamo a che fare; e non è neanche un saggio di fisica, perché nelle sue pagine si parla di buchi neri e origine dell’universo, ma anche di elefanti e arcobaleni, di armi soniche e apparecchi medici, di ragni danzanti, del diapason di Händel e di suoni fantasma. È un libro che intreccia tutti questi elementi e altri ancora, guidandoci alla scoperta di un mondo nascosto e affascinante.

La conoscenza del cosmo è una storia di balzi in avanti, autentiche rivoluzioni che hanno messo in crisi certezze radicate, sostituendole – talvolta a fatica – con altre. Ersilia Vaudo ce le racconta e ce le spiega in un libro pieno di fascino. Una meravigliosa avventura attraverso una serie di «capovolgimenti del mondo», per comprendere meglio una realtà che ci sfugge e di cui tuttavia facciamo parte. La mano che fa cadere la mela da un albero è la stessa che muove gli ingranaggi celesti: la gravità. Questa di Newton è una delle grandi intuizioni che hanno cambiato il nostro modo di leggere l'universo. Poi ne sono arrivate altre. Duecento anni dopo, Einstein introduce un nuovo stravolgimento. Con la promozione della velocità della luce a grandezza assoluta, nella teoria della relatività speciale spazio e tempo si legano per sempre. E nella teoria della relatività generale la gravità si trasforma, diventa l'impronta lasciata dalla materia nella geometria «molle» dello spaziotempo. Di lí a poco, un'ulteriore sorpresa. Lo sguardo di Hubble svela la possibilità di un universo non piú statico e immutabile, ma in espansione, con un inizio, un'età, una storia. Intanto Dirac dalle soluzioni di un'equazione fa emergere l'antimateria. Da capire, però, resta ancora molto. Sappiamo che l'espansione dell'universo accelera, ma non cosa la spinge. E se il nostro universo fosse una delle tante bolle di una schiuma cosmica? Se esistessero altre dimensioni arrotolate su sé stesse e a noi invisibili? Mirabilis è un biglietto per un viaggio in luoghi cosí sconosciuti da apparire fantastici.

Il vischioso – il cosiddetto “slime” della terminologia scientifica e del discorso comune – è un’ambigua sostanza vivente situata al confine incerto tra solido e liquido. Disturba e ispira repulsione anche quando ci affascina: gelatinoso, colloso, molle e invasivo, esiste in una stupefacente varietà di forme diffuse tra oceani, terra, aria, cellule, microrganismi, piante e animali – inclusi gli umani – sul nostro pianeta. Dal mito della “melma primordiale” agli idrogel contenuti nel nostro corpo, dal denso biofilm dei microbi in cui ha esordito la vita terrestre alle mirabili trasparenze delle meduse, dalla fortezza degli strati viscosi che difendono la salute degli organismi ai veicoli fluidi e mucosi degli agenti patogeni, Susanne Wedlich ci guida attraverso i 3 miliardi di anni di storia del vischioso col suo ruolo essenziale nell’evoluzione della vita, fino ad arrivare al modo in cui lo slime potrebbe configurarsi in un futuro post-umano. Un viaggio affascinante e sorprendente che esplora anche il significato culturale ed emotivo della melma e dei materiali viscidi, perlustrando tra l’altro il loro ruolo primario nell’immaginazione horror (con i mostri letterari di Lovecraft e il celebre Blob cinematografico), l’aborrito visqueux di Sartre, la passione di Patricia Highsmith per le lumache e quella dell’imperatore Hirohito per le creature marine gelatinose. Alla ricerca delle forme insolite e delle segrete mutazioni di un’incredibile materia vivente, che abbiamo finora misconosciuto e svalutato.

Anche dopo un incendio o una tempesta, e malgrado le sempre più distruttive aggressioni da parte dell'uomo, gli alberi si dimostrano in grado di resistere e sopravvivere oltre ogni aspettativa: proprio là dove sono stati bruciati o abbattuti, presto tornano a ripopolare la terra. Condividendo con noi le conoscenze acquisite in oltre trent'anni di lavoro come guardaboschi, Peter Wohlleben osserva questa prodigiosa capacità di rigenerazione, ma d'altro canto ci ammonisce: i danni causati dal cambiamento climatico, la deforestazione sempre più diffusa e invasiva, il disinteresse manifestato da un'ampia parte della politica e dell'economia nei confronti di un ecosistema in pericolo rappresentano una sfida da vincere, e al più presto. Perché la sofferenza dei boschi getta un'ombra sul futuro di tutti noi: sono infatti proprio i boschi a fornire la miglior difesa contro il surriscaldamento globale, a garantire la biodiversità, a proteggerci dalla siccità. Allo stesso tempo accurato e intenso, "La forza gentile degli alberi" è un inno d'amore e un ardente appello a riconoscere la ricchezza del nostro pianeta e a preservarne il delicato equilibrio.

Il funzionamento del cervello è misterioso. Cosa sono e cosa vogliono dire i segnali neurali? Come percepiscono i nostri sensi? Come sono controllati i movimenti? Cosa succede quando meditiamo? Un tempo lo studio del cervello riguardava solo il regno dei laboratori universitari... ora non più! Questo libro consente a chiunque di partecipare alle scoperte della neuroscienza attraverso esperimenti pratici che registrano il mondo elettrofisiologico che ha origine nella nostra testa. Armati di alcuni elettrodi fai-da-te, i lettori potranno vedere come appare davvero l'attività cerebrale. Ogni capitolo inizia descrivendo alcune fenomenologie di una particolare area delle neuroscienze, quindi guida il lettore passo dopo passo attraverso un esperimento e si conclude con una serie di domande aperte per ispirare ulteriori indagini. Un volume ricco di letture affascinanti e allo stesso tempo accessibili, adatto a studenti di qualsiasi livello, semplici curiosi e chiunque sia interessato a scoprire, per lavoro o per passione, come funziona il nostro cervello.