Bollati Boringhieri: Saggi. Scienze

Si attribuisce a Isaac Newton (ma in realtà è di Bernardo di Chartres) la famosa frase secondo cui possiamo guardare più lontano dei nostri predecessori perché siamo «nani sulle spalle di giganti». Eppure la divulgazione della fisica, pur ricordando la frase, in genere si occupa solo di ciò che è successo dopo, da Newton ai giorni nostri. E certamente in questi quattro secoli, dalla scoperta di Galilei del metodo sperimentale, sono state fatte scoperte scientifiche e invenzioni incredibili a ritmi crescenti. Ma per arrivare a ciò che oggi chiamiamo fisica, nei duemila anni precedenti l’umanità ha fatto passi in avanti così difficili e rivoluzionari, sviluppando gradualmente gli strumenti teorici e tecnici necessari, e ha avuto intuizioni così visionarie, che sicuramente c’era bisogno di un autore che prendesse l’eredità di questi «giganti» e la spiegasse in termini chiari, per svelarne a tutti noi la grandezza. È quello che fa Alessandro Bettini in questo libro, andando direttamente alle fonti originali, dall’antichità greca alle soglie della modernità, permettendoci finalmente di leggere coi nostri occhi i testi di autori che di rado vengono proposti altrove. Provate a spogliarvi di ciò che sapete, a fingere di essere un uomo antico, coperto di pelli, che alza lo sguardo al cielo. Per voi l’universo è un luogo ignoto, probabilmente animato da demoni, di cui si riconoscono appena le regolarità più evidenti: la notte segue sempre il giorno, la primavera segue l’inverno e girano luci sulla volta del cielo, anche se – notano i più attenti – alcune di loro si muovono diversamente da tutte le altre. Come si è potuto da questi pochi e incerti dati arrivare a scoprire (contrariamente a quanto ci direbbero i sensi) che la Terra è tonda? Come si è giunti a determinarne addirittura le dimensioni, a scoprire le distanze tra Terra, Sole e Luna, a predire con precisione i percorsi dei pianeti, a giungere a un modello completo del funzionamento del cosmo? Come si è arrivati al metodo sperimentale e alle prime leggi fondamentali della fisica? "Da Talete a Newton" ci racconta l’epopea della scienza nascente, dai filosofi greci ai dotti ellenisti, dagli arabi curiosi al secolo cruciale di Copernico, Brahe, Kepler e Galilei. Nel corso di questa avventura intellettuale ci sono state scoperte epocali, ma spesso anche false partenze, regressi e vicoli ciechi, fino al raggiungimento della grande sintesi newtoniana, dopo la quale l’uomo ha potuto infine alzare lo sguardo verso il cielo e vedervi non più dei fantasmi, ma ciò che effettivamente contiene, avendo appreso come lavorare per interrogare correttamente la natura e comprenderne almeno alcuni misteri.

Quante volte, a scuola, ci hanno esortati a non divagare? Ci sono poi materie - la matematica innanzitutto - che ancor meno di altre sembrano tollerare delle diversioni. Eppure Michele Emmer, tra i più noti matematici italiani, non esita a uscire dall'abituale tracciato logico-deduttivo che porta alla dimostrazione, per addentrarsi in animate vie laterali, dove i numeri incrociano storie di donne e di uomini, vanno al cinema, a teatro e alle mostre d'arte, si intendono di poesia, filosofia, letteratura e architettura. Insomma, prendono colore. «Sono molto stringati i lavori dei matematici, raccolgono solo i risultati giusti, non parlano dei dubbi, dei cambiamenti, degli errori. Sembrano tavole della legge immutabili, scritte così perché così dev'essere. Quando invece si narra, bisogna saper raccontare, non basta essere intelligenti». In queste pagine intelligenza matematica e narrazione scoprono la loro congenialità, vagando felicemente tra la preistoria e l'oggi, con il gusto di molti incontri inaspettati e il piacere di ritrovare qualche volto conosciuto: rivediamo la Medaglia Fields Cédric Villani, passato di recente dalle derivate parziali agli scranni parlamentari, o il mistico russo Pavel A. Florenskij, che fino all'ultimo si è battuto per non ridurre la matematica a «disciplina morta», ma assistiamo anche allo storico «sermone» di Luca Pacioli su Euclide nella Venezia del 1508, di fronte a un uditorio inimmaginabile ai nostri giorni, e ci appassioniamo alle avventure millenarie di una superficie continua che dalle culture precolombiane arriva alla teoria psicoanalitica di Jacques Lacan, si imprime sulle sculture di Max Bill e ispira le sperimentazioni topologiche di Zaha Hadid. Ed è proprio la geometria impersonale del nastro di Möbius, che scivola via senza inciampi, a dare forma al saggio avvolgente di Emmer, in cui l'intero mondo della vita appare scritto in vibranti caratteri matematici.

Da sempre ci piace pensare che l'uomo sia una specie unica ed eccezionale. Ma c'è davvero qualcosa di speciale in noi che ci distingue dagli altri animali?  La biologia evoluzionistica ha ormai ampiamente rivisto l'antichissima idea della nostra «superiorità» in natura, abbattendo uno a uno tutti i nostri supposti primati; gli umani sono solo un piccolo ramoscello di quel singolo, gigantesco albero genealogico che comprende quattro miliardi di anni, un sacco di colpi di scena e un miliardo di specie diverse. Pensiamo di essere la sola specie in grado di comunicare con un linguaggio complesso; ma poi abbiamo scoperto la comunicazione delle balene, dei ragni, degli uccelli, e questa peculiarità tutta umana è stata fortemente ridimensionata. Abbiamo a lungo pensato di essere i soli in grado di utilizzare strumenti: poi abbiamo osservato specie che usano utensili complessi, dalle scimmie ai delfini. Anche il fuoco, ritenuto dominio esclusivo dell'uomo, è governato con astuzia da un rapace australiano che raccogliendo tizzoni ardenti provoca incendi controllati nella prateria per far scappare gli animali e cacciarli più facilmente. Per non parlare del sesso a scopo ricreativo e non generativo, tanto comune nella comunità dei bonobo. E che dire dell'omosessualità? Basta osservare i rituali delle giraffe per comprendere come l'espressione «contro natura» perda qualunque significato. Questo paradosso - il fatto che la nostra biologia sia la medesima di tutti gli altri viventi, eppure noi ci consideriamo speciali - sta alla base della nostra natura. Tuttavia, Adam Rutherford ci mostra come in effetti, in un certo senso, siamo speciali. L'evoluzione ha scolpito in noi capacità del tutto peculiari - come lo ha fatto, diversamente, in tutte le altre specie -, che fanno sì che la nostra storia evolutiva sia davvero unica. Umani racconta la storia di come siamo diventati le creature che oggi siamo, con quella capacità, questa sì unica, di indagare su ciò che ci rende ciò che siamo. Aggiornato alle ultimissime scoperte in campo antropologico, Umani è un saggio elettrizzante e fresco, che mostra quanto di inequivocabilmente animale persista in noi e quanto di straordinariamente umano ci renda diversi.

«Hello World!», Buongiorno mondo! Da quasi cinquant'anni, chiunque si cimenti per la prima volta nello studio della programmazione informatica si imbatte in questa frase. La si trova nel primo esercizio di qualsiasi manuale, fin dai primi anni settanta: l'esercizio consiste nel compilare un breve programma il cui effetto sia quello di far comparire sullo schermo quelle due parole inglesi, al tempo stesso scherzose e profetiche. Il computer risponde, ed è subito l'alba di un nuovo mondo, quello delle macchine. Gli algoritmi sono tutt'intorno a noi, e noi affidiamo loro le nostre vite, sempre di più, spesso senza neppure accorgercene. Hannah Fry, che li conosce bene, ci racconta in questo libro delizioso i segreti che animano le schede logiche dei computer, le promesse e i limiti dellacomputer science, gli scenari un po' distopici e un po' grotteschi che si prospettano nel nostro imminente futuro tecnologico. Vieni accusato di un crimine? Come vorresti che venisse determinato il tuo destino? Da un giudice o da un algoritmo? L'algoritmo sarà sicuramente più razionale e meno soggetto a errori di giudizio, ma un giudice in carne e ossa potrà sempre guardarti negli occhi prima di pronunciare la sentenza. Cosa scegli? Eccoci nell'era degli algoritmi, la storia di un futuro non poi così lontano nel quale le macchine comanderanno incontrastate e prenderanno decisioni importanti in campo sanitario, nei trasporti, nella finanza, nella sicurezza, in tutto ciò che guarderemo, in ogni luogo in cui andremo e persino nella decisione di chi mandare in prigione. Ma quanto possiamo fidarci di loro? Che tipo di futuro vogliamo? Queste domande sono al centro di Hello World, un libro che solleva il velo sui meccanismi di funzionamento dei programmi che ci stanno prendendo la mano, ne dimostra il potere e ne mette in risalto i limiti. Rimane da domandarsi se gli algoritmi siano davvero migliori degli esseri umani che stanno rimpiazzando.

Massima competenza e scioltezza di esposizione: le mettono in campo Cristoforo Sergio Bertuglia e Franco Vaio, affrontando il fenomeno urbano nell'unica ottica in grado di comprenderlo davvero, quella della complessità. Se un sistema complesso è definibile come un tutto che agisce ed evolve secondo una logica che non permette di ridurlo alla sommatoria delle sue parti, la definizione si adatta perfettamente alle aree urbane, macroentità in perenne disequilibrio che si autorganizzano e si sviluppano anche in base a un principio di antagonismo interno. Compito specifico della scienza della complessità, applicata a una realtà di tale scala, è ricorrere a saperi multidisciplinari per vedere chiaro nel groviglio inestricabile di aspetti urbanistici, economici, sociologici, antropologici e filosofici alla base dell'evoluzione del sistema urbano complesso, non descrivibile in termini soltanto deterministici. Gente che abita, lavora e transita, strutture fisiche e imponenti flussi, attraverso reti materiali e immateriali, di beni e di trasporti: un tutto in movimento molecolare. Solo un ampio quadro, anche di tipo storico, può approfondire la portata della prospettiva fornita oggi dalla scienza della complessità. Per questo Bertuglia e Vaio compiono un interessante percorso attraverso le trasformazioni dell'urbanesimo europeo, dalla città preindustriale, radicata nel territorio, a quella industriale, che elegge l'urbanesimo a forma di vita, fino alla metropoli postindustriale, in cui al luogo fisico tende a sostituirsi un processo reticolare che connette centri di produzione e di consumo. In questa luce vengono analizzati in modo particolare i casi di Roma e Torino. Tra globalizzazione, gentrificazione ed espulsione, le dinamiche oggi in atto rispondono a un modello appropriativo ed espansivo, a cui la complessità contrappone una visione dal basso, attenta alla «città bella» come bene comune.

Nella loro strabiliante varietà, gli animali perseguono scopi simili: sfruttare le risorse disponibili, evitare i predatori e assicurarsi il successo riproduttivo. Non solo ciascuna specie ci riesce con modalità particolari per componenti genetiche e storia evolutiva, ma all'interno delle singole specie gli individui sembrano agire strategicamente anche in ragione dei costi e dei benefici. Le variazioni microevolutive e le condotte inter- e intraspecifiche compongono il quadro comparativo dell'ecologia comportamentale, o ecoetologia, di cui gli scienziati John Krebs e Nicholas Davies sono i massimi esperti. Questo testo basilare, in nuova edizione ampliata, informa con vivace concisione, e attraverso un ricchissimo apparato illustrativo e schede di approfondimento, su tutti gli aspetti – teorici, metodologici e sperimentali – della disciplina che studia i fattori ecologici dai quali dipendono i comportamenti di sopravvivenza e riproduzione nel mondo animale. A eccezione degli insetti cosiddetti «eusociali», ossia api, vespe, formiche, termiti e afidi, è il chiaroscuro di socialità e conflitto, egoismo e cooperazione, a improntare la vita di ogni specie, come dimostrano sia le tecniche di competizione, aperte o furtive, per accaparrarsi il cibo, il partner e il sito di nidificazione, sia i segnali manipolativi per depistare i rivali, sia la «decisione» di diventare aiutanti nell'allevamento della prole altrui, invece di generare figli propri. Un inimmaginabile ventaglio di differenze comportamentali, qui indagato nei suoi vincoli ecologici e nelle sue conseguenze funzionali.

Frutto di una ricerca avanzata lunga quindici anni, Ammerman e Cavalli-Sforza espongono qui i risultati che hanno ottenuto studiando una delle più significative trasformazioni avvenute nell'evoluzione delle condizioni umane: il passaggio dal sistema di vita basato sulla caccia e raccolta alle prime forme di produzione di cibo. Le testimonianze archeologiche sui siti neolitici, disponibili fin dagli anni sessanta, confermano l'ipotesi che l'Asia sudoccidentale sia stata il centro da cui si è irradiata in Europa l'agricoltura. Per arrivare a questi risultati gli autori si sono serviti di un metodo analitico già noto, che fa ricorso al modello dell'onda di avanzamento, apportandovi le modifiche necessarie a spiegare la fase iniziale del processo di diffusione dell'agricoltura. E qui s'innesta la parte più interessante di questo libro che ha dischiuso un nuovo orizzonte di studi: l'elaborazione di mappe riassuntive per analizzare la distribuzione geografica globale delle frequenze geniche nello spazio e nel tempo. Si è così giunti alla conclusione che la struttura genetica degli europei di oggi possa riflettere i movimenti di popolazioni avvenuti da diecimila a cinquemila anni fa. Grazie a questo libro che getta un ponte tra due discipline all'apparenza tanto distanti come archeologia e genetica, sono state messe in luce le complesse relazioni che intercorrono tra geni e cultura nelle popolazioni umane.

La nostra società è immersa negli algoritmi. Ogni volta che visitiamo un sito web cercando un libro o un film, o che navighiamo tra i negozi online, lasciamo dietro di noi una lunga traccia digitale che descrive le nostre abitudini e le nostre preferenze; questa traccia è il "materiale grezzo", il database da cui algoritmi sempre più sofisticati traggono le informazioni per proporci il prodotto di cui abbiamo (o crediamo di avere) bisogno. Gli algoritmi ci osservano, ci imitano e fanno esperimenti su di noi, per raggiungere lo scopo che è considerato il Santo Graal della ricerca informatica: l'Algoritmo Definitivo in grado di estrarre tutte le informazioni dai dati e fare tutto, proprio tutto ciò che vogliamo, persino prima che lo chiediamo. Questo, dal punto di vista commerciale. Ma c'è anche un lato scientifico della questione, il machine learning, ovvero il campo di studi che si pone come scopo quello "niente meno" di automatizzare le scoperte. Si tratta in sostanza di trovare un algoritmo in grado di programmare se stesso. Sembra fantascienza, e invece è una disciplina nel pieno del suo fermento. Pedro Domingos è universalmente considerato uno degli scienziati di punta in questo settore. Sotto la sua guida scopriremo gli algoritmi che si nascondono dietro le nostre ricerche su Google, Amazon e Netflix. Con lui, scopriremo che esistono ben cinque scuole di pensiero differenti.

"Vi è in molti fisici una specie di fede nell'esattezza dei nuovi principi, piuttosto che un chiaro intendimento di essi". Invece un "chiaro intendimento" si prefigge innanzi tutto questo libro di uno scienziato non ancora trentenne, che aveva già contribuito a rivoluzionare la fisica del Novecento. Pubblicati nel 1930, "I principi fisici della teoria dei quanti" rielaborano le lezioni tenute da Werner Heisenberg all'Università di Chicago nella primavera dell'anno precedente. Di quell'esposizione didattica conservano la perfetta chiarezza nel divulgare i fondamenti della meccanica quantistica, ma si segnalano anche per la classicità di uno stile concettuale e morale che la prorompenza autoaffermativa di molti uomini di scienza ha in seguito obliterato: pur mettendo all'opera tutta la forza conoscitiva dell'importantissimo principio di indeterminazione (1927) a cui Heisenberg ha legato il suo nome - principio secondo il quale è impossibile determinare simultaneamente con precisione assoluta i valori di due grandezze fisiche coniugate, come posizione e velocità di una particella -, egli qui fa spazio, e rende merito, al suo maestro danese Niels Bohr. Ed è infatti un po' dello "spirito di Copenhagen" che si continua a respirare in questo capolavoro della saggistica scientifica. Lo spirito ineguagliabile che negli anni venti del Novecento, affinando il formalismo matematico della teoria quantistica, "ha indirizzato l'intero sviluppo della nuova fisica atomica".

Nel 1992 un gruppo di neuroscienziati dell'Università di Parma annunciò la scoperta di una nuova classe di cellule nella corteccia motoria dei macachi. Queste cellule, in seguito battezzate «neuroni specchio», rispondevano allo stesso modo sia che la scimmia compisse in prima persona un'azione motoria, sia che osservasse un'altra scimmia compiere quell'azione. Si affacciò subito l'idea, affascinante e plausibile, che questi neuroni avrebbero permesso alle scimmie di comprendere le azioni dei loro simili simulando nel proprio cervello le azioni che vedevano compiere, cioè in qualche modo «sentendole», come se fossero loro stesse, effettivamente, a compierle. Col tempo l'idea si è dimostrata talmente seducente che presto i neuroni specchio hanno abbandonato i macachi e sono approdati nella testa degli uomini, causando una vera tempesta tra gli scienziati di tutto il mondo. Un fiume in piena di studi ha da allora invocato queste cellule miracolose per spiegare praticamente ogni cosa: l'evoluzione del linguaggio, lo sviluppo dell'empatia umana, le basi neurologiche dell'autismo, e poi la schizofrenia, l'abuso di droghe, l'orientamento sessuale, la contagiosità dello sbadiglio e molto, molto altro. Forse troppo. Nel Mito dei neuroni specchio Gregory Hickok riesamina criticamente l'intera vicenda. Muovendo da un corpus imponente di osservazioni, dagli studi sul comportamento animale fino alle moderne tecniche di neuroimaging, Hickok sostiene che le basi teoriche dei neuroni specchio in realtà non reggono di fronte all'evidenza sperimentale. Ci sono altre possibili interpretazioni, che l'autore espone con competenza e semplicità, che sembrano più promettenti. Ma Hickok non ha scritto un libro «distruttivo», né un pamphlet dissacratore, di quelli che scuole di pensiero tra loro in competizione si lanciano spesso addosso. Il mito dei neuroni specchio è un saggio completo, che ci fornisce una storia molto istruttiva su come procede l'indagine scientifica e ci regala intuizioni profonde sull'organizzazione e le funzioni del cervello umano e sulla natura della cognizione e della comunicazione.

Mai come negli ultimi decenni la fascinazione per il regno animale ha prodotto un sapere così esteso, che a sua volta ha alimentato in un pubblico via via più largo curiosità sempre nuova e inesauribile meraviglia. Circolo virtuoso che va ascritto a merito di quegli scienziati capaci di coniugare rigore nella ricerca e talento espositivo. Aubrey Manning e Marian Stamp Dawkins in questo si sono rivelati dei capiscuola. Difficile eguagliare la loro abilità di riuscire accattivanti nel sintetizzare gli aspetti neuroetologici, fisiologici, sociobiologici ed ecologici delle faune selvatiche e delle specie domestiche. Persuasi che «il modo migliore per introdurre il comportamento animale non sia quello di seguire linee funzionali, ma di studiare la sua organizzazione nell'individuo», si chiedono quali fattori interni e componenti ambientali, risposte ereditarie e informazioni acquisite interagiscano nel dar vita agli schemi comportamentali tipici di una determinata specie, al pari dei colori della livrea o dei caratteri morfologici. Una stupefacente varietà governa infatti il repertorio dei rituali e delle parate di corteggiamento, dell'esibizione di autorità, delle posture di allarme o di minaccia, delle reazioni di fuga, della difesa nei confronti dei predatori, della caccia solitaria o cooperativa, del pattugliamento del territorio, dei sistemi nuziali monogami o poligami, dell'investimento parentale nell'accudire la prole, delle gerarchie fluide o rigide di dominanza e subordinazione. Attraverso la ricchissima esemplificazione di Manning e Stamp Dawkins, e l'apparato illustrativo che la correda, si comprende in che senso si possa parlare, per gli animali, di «corrispondenza quasi perfetta fra comportamento e modalità di vita».

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.