Il Mulino: Intersezioni. Raccontare la matematica

Quante volte una dimenticanza o un impercettibile ritardo nel compiere un'azione hanno conseguenze importanti o addirittura drammatiche? È ciò che i matematici chiamano caos, un concetto che ha un'origine assai remota nel pensiero umano, condizione della bellezza della natura per i filosofi presocratici, forza speculare all'armonia nel taoismo. Il libro racconta il cammino che ha portato i matematici a formulare la teoria del caos per individuare l'origine dell'incertezza e del caso che ritroviamo in moltissimi sistemi naturali e sociali.

Orientarsi nello spazio, percepire un oggetto attraverso la sua forma, minimizzare gli spostamenti: sono abilità geometriche che tutti usiamo nel quotidiano. Platone faceva entrare nell'Accademia solo chi aveva dimestichezza con la geometria, una scienza che richiama questioni filosofiche ma che dà anche concreta risposta a tanti quesiti tecnologici. Dalla linea retta agli spazi che si curvano, i teoremi della geometria ci aiutano da sempre a rendere facile il difficile. Ma in che modo la mente umana esplora la forma delle cose? Un viaggio che da Euclide e dalla geometria elementare giunge a Bernhard Riemann e alle teorie contemporanee, che forniscono alla fisica gli strumenti per capire l'universo e tentare di formulare una «Teoria del Tutto».

L'infinito è un concetto che corrompe e altera tutti gli altri. Per Nietzsche non c'è niente di più terribile. Più prosaicamente, per gli Accademici di Berlino è una teoria che vale i cinquanta ducati del premio che hanno bandito a un secolo dalla nascita del calcolo infinitesimale. Dalla storia di quel premio ha inizio un viaggio nell'infinito che si nasconde nelle pieghe dei ragionamenti di Zenone e dei paradossi di Galileo. Nella filosofia di Aristotele e Democrito. Nel metodo di Archimede, nella guerra dei gesuiti contro gli indivisibili e nella metafisica del calcolo di Leibniz e Newton. Nell'infinità dei mondi di Bruno e di Pascal, nella teodicea di Spinoza, di Cartesio, di Leibniz. Nella dialettica di Hegel, nelle antinomie di Kant e della teoria degli insiemi. Nel paradiso del transfinito di Cantor, e nei numeri che si biforcano all'infinito come i sentieri del giardino di Borges.

Per secoli la geometria euclidea, pietrificata nella inesorabile logica dei suoi cinque postulati, è rimasta il sistema matematico per eccellenza. Violando i postulati, soprattutto il più enigmatico, ovvero il quinto, si scoprì che la magnifica costruzione non era sola: erano possibili altri modi di scalare l'infinito, altre geometrie non euclidee, altrettanto belle e coerenti, attraverso le quali si poteva anche considerare uno spazio a molte dimensioni. Lo sguardo da allora si spostò ancora più lontano fino a scorgere un'intera città fatta di molte costruzioni geometriche, dalle forme più strane e meravigliose, alcune delle quali utilizzate dai fisici, a cominciare da Einstein, per misurare lo spazio astronomico. Da Sacchen a Eulero, da Beltrami a Gauss a Riemann, una storia affascinante di idee, tentativi e conquiste.

L'umanità ha sempre narrato il proprio destino, fin dai primi miti cosmologici. È il racconto che dà un senso agli eventi, che sarebbero, senza di esso, solo materiali inerti. Lo stesso vale per la matematica, che può parlare solo se il suo senso è narrato in una storia. Nei «programmi» di grandi matematici - Hilbert, Klein o Langtands - i concetti sono i protagonisti di una fiaba che combina nuove idee in moduli ricorrenti, quelle tecniche del ragionamento che sono nate dalla retorica e dalla poesia greca. Ogni dimostrazione diviene allora la storia di un viaggio in un paese sconosciuto, alla ricerca di nuove strade di collegamento: brevi, lunghe o accidentate che siano, i matematici preferiscono sempre quelle che salgono sulle vette e mostrano ampi paesaggi.

Confusi, irritati, ansiosi, talvolta orgogliosi di non averla mai capita: siamo in molti a provare questi stati d'animo di fronte alla matematica. Qual è il motivo di questo rifiuto? Il nostro cervello è naturalmente attrezzato per parlare, per muoversi nell'ambiente nel modo più produttivo, non lo è invece per leggere, scrivere e per pensare la matematica; per farlo gli si devono imporre forzose e complesse manovre neurali. Una scienza dunque "innaturale" e lontana dal senso comune? Questo libro è una passeggiata tra i solchi della nostra mente e le creazioni matematiche - dall'algebra alla geometria al calcolo delle probabilità - che cercano di seminarvi qualcosa. Giunti alla sua conclusione avremo forse capito le cause delle nostre difficoltà e come riuscire a superarle: perché la matematica, se comunicata in modo appropriato, può diventare piacevole e appassionante.

Metti una sera a cena un matematico, e mettigli vicino un fisico e un filosofo. Così un dialogo tra amici diventa un libro: tre compagni di liceo si ritrovano per intrecciare la nozione matematica di zero, quella fisica del vuoto e quella filosofica del nulla, ricostruendo un'avventura che attraversa tutta la storia del pensiero. Ma cosa accomuna questi tre concetti? Di certo lo scandalo del paradosso: un numero per il "non essere", indispensabile ma inafferrabile; un "vuoto" che "riempie" la nostra vita quotidiana e che resta un concetto di frontiera della fisica moderna; un'assenza e una mancanza, una negazione effervescente e pensosa che ci attrae fino ai bordi del mondo.

Numeri, figure geometriche e relazioni matematiche sono dovunque attorno a noi, talvolta in forma evidente, più spesso annidati nei meccanismi di funzionamento dell'universo. Ma in che modo - e perché - queste creazioni astratte della mente umana riescono a descrivere il mondo concreto dei fenomeni naturali, da quelli più familiari a quelli che hanno luogo nelle profondità della materia e del cosmo? Un filosofo e uno scienziato esplorano la capillare presenza della matematica nella natura, raccontando alcune delle sue manifestazioni più curiose e affascinanti.

Uscire con o senza ombrello, cambiare lavoro, investire in borsa. Non abbiamo certezze sul futuro, ma in qualche modo ne ragioniamo con noi stessi e con gli altri. Assediati dal dubbio, dobbiamo imbrigliarlo per riuscire a prendere la decisione migliore. Questa ambizione ha ispirato la matematica di cui si racconta in questo libro. Il calcolo delle probabilità muove i primi passi per affrontare semplici problemi - come ad esempio valutare la bontà di una scommessa - finché diventa un linguaggio per trattare dell'incertezza. Questo volume - costruito sul ritmo di sei conversazioni, tante quanto sono le facce di un dado - visita sei incroci fra la matematica del probabile e le vicende umane. Si gioca a dadi, si assolvono imputati, si fanno gli exit poll, si rinuncia all'uovo per il pollo, si promette in buona fede, si va per mare. Succede un po' di tutto, ma la matematica che prova a metter ordine è sempre la stessa.

Pedante, distratto, sognatore e un po' matto, è così che spesso immaginiamo il matematico. Al di là del luogo comune, la chiave per capire chi è e che cosa fa è la parola "modello", vale a dire lo strumento che consente di costruire rappresentazioni formali del mondo. Dalle cattedrali alle volte stellate, dalle famiglie di pesci ai sistemi economici, il matematico elabora versioni virtuali della realtà, belle, eleganti, incredibilmente efficaci. È la straordinaria potenza della matematica, non semplice scienza dei numeri e delle figure, ma linguaggio generale e pervasivo.

I numeri sono protagonisti di una grande avventura che ha inizio migliaia di anni fa nella civiltà babilonese, in quella egizia, in Cina, e poi nella cultura inca e maya. Numeri che esprimono rapporti indicibili per i seguaci di Pitagora. Simboli per il nulla e cifre arcane che dalle regioni dell'India vedica si diffondono in Occidente e nel resto del mondo. Astratti interpreti di una storia al tempo stesso sacra e profana, dove la perfezione della Creazione si coniuga con i libri mastri dei mercanti medioevali, e i loro numeri "falsi" con i numeri reali e immaginari creati dalla fantasia dei matematici.

Algoritmo è una strana parola. Un poeta che le dedicasse un sonetto si troverebbe a combinarla nei suoi versi con ritmo, bioritmo, monoritmo o logaritmo. Ma gli algoritmi si usano al computer e tanto basta ad accreditarli. Possiamo intenderli come sinonimo di procedura o programma, a indicare una serie di istruzioni per trovare soluzione a un dato problema. Ci accompagnano sin dagli albori della civiltà, assistendoci in questioni piccole e grandi dell'esistenza e confermandosi oggi utilissimi, anche perché, appunto, combinati con la potenza dei computer. Possono fallire, ma perfino le loro goffaggini riescono provvidenziali e contribuiscono sorprendentemente al nostro benessere. Le benemerenze degli algoritmi sono dunque così diffuse e disparate da suscitare molte curiosità che questo libro cercherà di soddisfare.