Matematica e scienze

Il volume nasce dai convegni cassinati, di cui raccoglie i contributi più significativi che sono anche i temi "caldi" della ricerca in Neuroetica (il libero arbitrio, il rapporto body-mind, la coscienza, il neurodiritto, la neuroeconomy, l'intelligenza artificiale, ecc.), temi sui quali si focalizzano pure le domande che gli uomini si pongono in alcune circostanze della vita. Esiste il libero arbitrio? Esiste una base biologica della moralità? È possibile il potenziamento cognitivo? Siamo sempre consapevoli e razionali nelle nostre scelte? Gli automi ci sostituiranno? Domande complesse e difficili, che non trovano risposte definitive. Obiettivo dell'opera è quello di diffondere in "uno spazio pubblico", aperto non solo ai lettori specializzati, le conoscenze aggiornate relative a tali argomenti, espressivi della complessità multidisciplinare della Neuroetica, destinata ad assumere un ruolo sempre più consistente nella nostra vita e nella società. Un affascinante percorso, dunque, alla scoperta della natura di alcuni meccanismi cerebrali e mentali, specifici dell'Homo sapiens, responsabili del comportamento morale e dei comportamenti socialmente rilevanti.

Ogni disciplina scientifica si definisce pienamente nel momento in cui viene delimitata da una teoria in grado di evidenziarne i limiti e le potenzialità. Per l'informatica ciò avvenne negli anni trenta del XX secolo, in un effervescente panorama culturale e scientifico che affrontava i fondamenti della matematica, della fisica e della biologia, ben prima dell'avvento del calcolatore elettronico. Cosa significa «calcolare»? Cos'è un algoritmo? Cosa possiamo e cosa non possiamo calcolare? Ci sono dei limiti? Esiste un calcolatore universale? Cos'è un programma? Il programma che ho comperato funzionerà sempre o potrebbe entrare in loop su certi dati? Cos'è un linguaggio? Come si genera? Come si riconosce? Tra le cose che possiamo calcolare, quanti passi di calcolo dovremo ragionevolmente attendere per avere il risultato? Si può fare di meglio di quell'algoritmo per risolvere quel problema? Tutte queste domande hanno condotto alla teoria della calcolabilità effettiva, alla teoria dei linguaggi formali, e più tardi alla teoria della complessità computazionale, che include uno dei più importanti problemi ancora aperti per la scienza contemporanea. Questo volume illustra come sono state affrontate tali questioni. Nasce dall'esperienza ventennale degli autori nell'insegnamento del corso di Fondamenti dell'informatica, dapprima assieme, presso l'Università di Verona, poi separatamente nelle sedi di Verona e di Udine. Nato come dispensa già nel 1999, il volume è via via maturato negli anni, includendo note storiche, esempi e un gran numero di esercizi, molti dei quali assegnati come prova scritta d'esame.

Se chiedete a un ingegnere informatico che cosa siano gli esperimenti e come vengano condotti nella sua disciplina, quasi certamente vi risponderà che si tratta di procedimenti per testare ipotesi. Molto probabilmente risponderà anche che i principi sperimentali, come per esempio la ripetibilità e la riproducibilità, sono essenziali per rendere l'ingegneria informatica una scienza a tutti gli effetti e avvicinarla agli standard di rigore delle scienze naturali. Questo libro indaga come nella realtà sono condotti gli esperimenti nelle discipline dell'artificiale, concentrandosi in particolare su alcuni ambiti dell'ingegneria informatica, come l'intelligenza artificiale e la robotica autonoma. Da un'analisi approfondita emerge che la pratica e gli obiettivi sperimentali di queste discipline sono assai diversi da quelli delle scienze naturali. Ecco perché occorre ampliare la visione tradizionale di esperimento, proponendo l'idea di esperimento esplorativo.

Mettetevi comodi nella vostra miglior poltrona e lasciate che Charles Antoine vi accompagni tra le pieghe di un mondo bizzarro e incredibile, ancora poco conosciuto. Dopo Einstein, Erwin Schrödinger è stato l'altro scienziato centrale nella storia del Novecento, una figura - a suo modo - emblematica. Colonna portante della meccanica quantistica, l'opera di Schrödinger è presente nella nostra quotidianità ben più di quanto si pensi: dagli smartphone ai GPS fino alla diagnostica medica per immagini. Questo libro illustra il mondo bizzarro della fisica quantistica, infinitamente piccolo e incredibilmente intrigante. Ma attenzione: arrivati alla fine non vedrete più il mondo con gli stessi occhi.

Lo studio delle particelle subatomiche dalla seconda metà del 1900 a oggi ha permesso di capire quali siano i costituenti elementari della materia e di cercare di spiegare come, partendo da un istante iniziale si sia formato l'Universo che osserviamo oggi. Questi risultati si sono ottenuti con esperimenti di incredibile complessità ispirati da intuizioni teoriche che hanno profondamente accresciuto la conoscenza delle leggi di natura. Ciò che risulta da questi studi è un Universo incredibilmente ordinato pur nella sua straordinaria complessità, retto da leggi immutabili che sembrano le più adatte a permettere la nostra stessa esistenza.

La nostra storia risale a diversi milioni di anni fa, ma è solo da poco che sappiamo che i primi esemplari di Homo sapiens vivevano sulla Terra già 300.000 anni fa. E, allora, non erano i soli umani a popolare la Terra. Chi erano questi altri uomini? Quali erano i loro rapporti con l'Homo sapiens? E quali tracce abbiamo conservato di quel nostro lontano passato? Mettetevi comodi nella vostra miglior poltrona e lasciate che Jean-Baptiste de Panafieu vi racconti l'incredibile storia delle nostre origini; fatevi guidare, pagina dopo pagina, alla scoperta dei nostri antenati.

I polli cresciuti all'aperto sono più felici? Che cosa sognano i cani? Quale senso del tempo ha una farfalla? Con la stessa capacità di incuriosire con cui aveva descritto il linguaggio segreto degli alberi e grazie alla quale avevamo scoperto come le piante parlano, comunicano e si aiutano a vicenda, Peter Wohlleben rivolge ora la sua attenzione agli altri abitanti della foresta: gli animali. Scopriamo uccelli come il corvo imperiale, capace di provare amore e rimanere fedele al proprio partner per tutta la vita; ci accorgiamo, con un po' di stupore, che alcuni animali hanno una consapevolezza emotiva della morte, come le ghiandaie della Florida che compiono una veglia funebre di due giorni alla scomparsa di una di loro; e quasi ci commuoviamo leggendo della straordinaria empatia degli scimpanzé, capaci di adottare cuccioli orfani per proteggerli dai predatori. Peter Wohlleben sfata pregiudizi – la storia del lupo cattivo, della capra stupida o del cerbiatto timido – e ci invita a riflettere sulle conseguenze del nostro comportamento quotidiano, rendendo pagina dopo pagina sempre più evidente perché un atteggiamento attento nei confronti degli animali è un bene per noi umani e per il futuro dell'intero pianeta.

Siamo affascinati dalle geometrie illusorie sulla coda di un pavone, ci perdiamo scrutando le ali variopinte delle farfalle, la forma bizzarra dei pesci abissali ci suscita stupore. Ma che significato hanno, in realtà, le meravigliose creazioni del regno naturale, gli ornamenti sul corpo degli animali, i suoni che emettono e la varietà di colori e forme che li rendono peculiari? Come si originano, a chi e a che cosa servono? Christiane Nüsslein-Volhard ci introduce ai misteri dell'evoluzione spiegandoci passo dopo passo le tappe della vita. Un viaggio esotico che ci porta sul fondo dei mari, a contatto con i colori sgargianti del pesce zebra, o nelle foreste, seguendo gli imponenti palchi di corna dei cervi. Scopriamo così che il piumaggio degli uccelli serve durante il corteggiamento, che il mimetismo dei camaleonti aiuta nella caccia, che i motivi sul manto dei mammiferi segnalano la posizione sociale all'interno del branco. E infine troviamo che i processi con cui si formano peli, scaglie, squame e penne degli animali sono simili ai metodi utilizzati nell'arte umana: un'unione di biologia ed estetica che grazie all'osservazione delle altre specie racconta molto della nostra. "L'incanto degli animali" interroga il libro della natura e mette in discussione le certezze del nostro sguardo, facendoci riflettere su ciò che consideriamo gradevole o ripugnante, affascinante o respingente, e schiudendoci i segreti delle bizzarrie animali che abbiamo sempre visto nei documentari o durante le nostre passeggiate nei boschi. Becchi, carapaci, code, nervature di mille colori: la natura ci parla; sta a noi cogliere l'intimo significato di quanto ci dice.

Quando nel 1979 scrisse il suo primo libro su «Gaia» — la Terra interpretata come un organismo vivente in grado di autoregolarsi — James Lovelock approdò sulle pagine dei giornali di tutto il mondo. L'ipotesi, così radicale e dirompente, sembrò a molti un'idea assurda e ben poco scientifica ma, dopo decenni di accesissime discussioni, è diventata ormai un concetto saldamente attestato, sia nell'ambiente scientifico sia nel pensiero comune. Oggi James Lovelock festeggia un secolo di vita e sembra tutt'altro che rassegnato a farsi da parte. In "Novacene" affronta infatti due dei temi più attuali, inquietanti e complessi della contemporaneità: il nostro rapporto con le macchine intelligenti e il destino della Terra. Secondo Lovelock, l'Antropocene — l'era geologica in cui la nostra specie si è dimostrata un fattore critico per l'intero pianeta — farà presto spazio all'età successiva, il «Novacene», quella della collaborazione tra l'uomo e le macchine. Nuovi esseri prenderanno forma dall'intelligenza artificiale che noi abbiamo progettato. Penseranno 10000 volte più velocemente dell'uomo e ci guarderanno forse con la stessa condiscendenza con cui noi guardiamo le piante. Eppure — e qui sta il guizzo del pensatore di genio — tutto questo non si trasformerà in un incubo alla Terminator o alla Matrix, perché questi esseri iperintelligenti sapranno (anche meglio di noi) di essere totalmente dipendenti dal buon stato di salute del pianeta: Come noi, anche le macchine avranno bisogno del sistema regolatore di Gaia per sopravvivere, e dal momento che Gaia dipende dalla vita organica, sarà loro interesse preservarla. C'è di più: il Novacene potrebbe essere addirittura l'inizio della conquista dell'intero cosmo da parte di un'intelligenza diffusa. L'alba di un nuovo universo.

Chi sono gli scienziati che hanno rivoluzionato la storia dell'umanità? Erano davvero dei "geni"? Barbascura X non ha dubbi al riguardo: non solo non lo erano, ma a ben vedere erano anche degli idioti. Pochi sanno delle boiate dette da Democrito, delle folli pratiche alchemiche di Newton, di quante idee si sia fatto fregare quel sociopatico di Tesla o di quanti sbagli abbia commesso Einstein. Quelli che definiamo geni non sono altro che esseri umani appassionati, instancabili ricercatori di conoscenza, con alle spalle un quantitativo inimmaginabile di errori. Semplici esseri umani, a volte fortunati, a volte approfittatori, altre volte "proprio scemi", tutti con sconvolgenti scheletri nell'armadio. Barbascura X non sale in cattedra, ma con comicità, sarcasmo e irriverenza, vi porta in un viaggio derisorio attraverso le idee di sei grandi menti della storia.

I fenomeni della natura e la natura dei fenomeni; questo l'oggetto di studio della regina delle scienze: la fisica. Vista talvolta con timore dai neofiti, tanto per la necessità di formulazioni matematiche quanto per le sue spiegazioni spesso contrarie al "senso comune", in queste pagine è restituita al lettore con chiarezza espositiva e con l'ausilio di numerose immagini, limitando al minimo indispensabile i termini tecnici e proponendo una panoramica su tutte le sue principali tematiche: la meccanica, i fluidi, la termodinamica, le onde, l'elettromagnetismo, la relatività, la meccanica quantistica.

Scrutare l'immensamente piccolo, esplorare il microcosmo brulicante di particelle dalle dimensioni infinitesime, distinguerne strutture e configurazioni, osservarne i comportamenti, studiarne la composizione interna e, infine, constatare le inimmaginabili forze attrattive e repulsive che possono sprigionare quei minuscoli mattoni costituenti la materia inanimata e vivente. Tutto ciò sarà possibile grazie a queste pagine fittamente illustrate che, oltre a presentare un completo resoconto delle caratteristiche e delle proprietà di tutti i centodiciotto elementi chimici, ripercorrono con semplicità, non soltanto le principali leggi della chimica a oggi accertate, ma anche la sua storia millenaria.