Rizzoli: BUR Le scoperte, le invenzioni

Abitiamo un sottile guscio sferico, di pochi chilometri di spessore, intorno alla superficie della Terra. Anche se esploriamo gli abissi più profondi dell'oceano o scaliamo le vette dell'Himalaya, il nostro regno ha dimensioni ridicole. Per questo, se riflettiamo su quelle dell'universo, ci resta una sensazione di lieve sgomento. Non solo. Il nostro piccolo mondo è anche popolato di chimere, fantasmi e terribili inganni: pensiamo che quello che percepiamo sia reale, invece tutto cambia appena ci allontaniamo dall'angolo tranquillo in cui si svolge la nostra esistenza. Quando cerchiamo di capire i fenomeni che si osservano nel meraviglioso tappeto di galassie che ricopre la volta stellata, o quelli che caratterizzano la materia nei suoi componenti elementari, dobbiamo rinunciare alle certezze che governano la nostra vita e intraprendere un viaggio vertiginoso che lascia senza fiato. Guido Tonelli, fisico al Cern di Ginevra e uno dei padri della scoperta del bosone di Higgs, ci fa compiere questo viaggio irripetibile, al cospetto di fenomeni straordinari. Fino a raggiungere il non-luogo del non-tempo da cui tutto ha avuto origine e dove possiamo dar voce a quell'istinto che si annida dentro di noi quando continuiamo a chiederci da dove viene la meraviglia che ci circonda. Il mito e la scienza hanno in fondo la stessa funzione, dal momento che "ogni società si costituisce attorno a una cosmologia. E nessuna civiltà, grande o piccola che sia, può reggersi senza il grande racconto delle origini".

Alla metà degli anni Settanta, Stephen Hawking fece una serie di scoperte inquietanti, secondo cui i buchi neri potrebbero evaporare, o anche esplodere, e distruggere tutta l'informazione della materia caduta al loro interno. I fisici hanno impiegato i successivi quarant'anni a mettere ordine alle conseguenze di questo risultato, finora indimostrato. In queste due lezioni, Hawking ritorna sul tema chiave della sua ricerca per raccontarci qual è il punto della situazione, e cosa rimane da capire sullo spazio, sul tempo, sulla nostra parte nell'universo. "I buchi neri rappresentano una sfida al principio più fondamentale che riguarda la prevedibilità dell'universo e la certezza della storia", scrive. E ci coinvolge nell'ultima puntata di un'appassionata disputa scientifica, iniziata parecchi anni fa, tra la fisica classica della relatività generale e la fisica quantistica.

In un'epoca in cui la scienza ci abitua a risposte su ogni tema, c'è qualcosa che non arriveremo mai a comprendere? Du Sautoy ci accompagna in un fantastico viaggio di esplorazione dell'ignoto, che parte da oggetti semplici e si addentra in sette moderni interrogativi scientifici. Così dal lancio di un dado possiamo affacciarci alla teoria del caos, e grazie al suono di un violoncello indaghiamo nella materia dei quark; possiamo avvicinarci alla complessità del tempo con un banale orologio da polso, e aspettare la prossima radiazione di un pezzo di uranio-238 acquistato online. O scoprire che si nascondono meno paradossi dietro un'intelligenza artificiale che in un nastro di carta arrotolato. Sette percorsi nel quotidiano per affrontare i quesiti che ci spingono ai confini della conoscenza, un termine ultimo tuttora lontano da raggiungere: la grande distanza ancora da percorrere è la scienza del futuro.

Come, quando e perché è nato il cosmo? Qual è l'origine del tempo e dello spazio? Come possiamo definire il 'nulla' primordiale? Fino a dove la scienza può risalire alle cause e ai fattori che determinano la realtà? Sono quesiti intorno ai quali si interrogano senza sosta da molti decenni i cosmologi moderni. John Barrow, uno dei più noti scienziati contemporanei, presenta le più recenti ipotesi della fisica sulla natura del tempo, sull''universo inflazionario' e sui 'cunicoli'. Una breve storia dell'Inizio per i non iniziati, che dà occasione di aggiungere alcuni tasselli al mosaico delle conoscenze, senza dimenticare però i limiti del territorio da cui questo sapere è dedotto. Un itinerario affascinante e allo stesso tempo inquietante, dove 'i segreti più profondi sono quelli che rimangono non svelati'.

In quel preciso momento, un centesimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, si è deciso il nostro destino. In un universo in cui materia e antimateria si equivalevano, e che quindi avrebbe potuto, in ogni istante, tornare a essere pura energia, può essere bastata una leggerissima preferenza del bosone di Higgs per la materia anziché per l'antimateria ed ecco che si è prodotto il mondo che abbiamo sotto gli occhi. "Ecco qua il minuscolo difetto, la sottile imperfezione da cui è nato tutto. Un'anomalia che dà origine a un universo che può evolvere per miliardi di anni." Se tutto nasce da lì, dobbiamo capire in ogni dettaglio quel momento cruciale, ricostruirlo fotogramma per fotogramma, al rallentatore e da diverse angolature. Per questo al Cern di Ginevra è stato realizzato Lhc, l'acceleratore di particelle più potente del mondo, il posto più simile al primo istante di vita dell'universo che l'uomo sia stato in grado di costruire. Per questo da anni i migliori fisici del mondo lavorano giorno e notte, ai quattro angoli del pianeta. È così che è stata catturata la "particella di Dio". Ed è per questo che si studia ancora, per capire di più su come tutto questo è nato e su come andrà a finire la nostra storia: se nel freddo e nel buio o in una catastrofe cosmica, che ci darebbe il privilegio di un'uscita di scena assai più spettacolare.

Come elaborare un modello teorico generale in grado di descrivere l'universo in modo unitario e coerente? È questa la domanda cruciale che accompagna la ricerca scientifica ormai da un secolo, da quando nel primo Novecento la teoria della relatività generale e la meccanica quantistica rivoluzionarono il nostro modo di concepire i meccanismi della natura: entrambe assolutamente efficaci e capaci di spiegare fenomeni fisici fondamentali, le due teorie rispondono in modo diverso a questioni decisive ma ancora irrisolte, suscitando controversie anche tra i maggiori fisici al mondo. Ieri Bohr ed Einstein, oggi Hawking e Penrose, che in questo libro partono da posizioni differenti per confrontarsi sui punti fondanti della natura dell'universo: dal big bang allo spazio-tempo, fino ai buchi neri, il loro incontro è un'occasione unica per assistere al dibattito scientifico contemporaneo al suo massimo livello, osservare passo dopo passo il farsi - e disfarsi - delle teorie più visionarie, e andare al cuore delle questioni matematiche e concettuali più sfidanti per la comprensione della realtà. Un incontro straordinario tra due protagonisti assoluti della fisica mondiale, un dialogo sorprendente che illustra in modo esemplare il fascino e la meraviglia delle leggi che regolano la natura e l'universo.

Nel 1714 il Parlamento inglese offrì una ricompensa di ventimila sterline in oro (l'equivalente di 10 milioni di euro) a chi avesse scoperto come determinare la longitudine di una nave nell'oceano. Astronomi famosi come Galileo, Cassini, Huygens, Newton e Halley avevano cercato invano in passato una soluzione rivolgendosi alla Luna e alle stelle. La posta in palio stimolò altri ad avanzare proposte. Fu un orologiaio autodidatta, l'inglese John Harrison, a trovare la soluzione: bastava che ogni nave fosse equipaggiata con un cronometro in grado di segnare sempre l'ora "esatta", quella di Londra, ad esempio, e un semplice confronto con l'ora locale avrebbe subito fornito la longitudine della nave. Questo libro è la storia avventurosa dei quarant'anni di sforzi che furono necessari a Harrison non solo per costruire e perfezionare quel cronometro, ma per persuadere la comunità scientifica dell'efficacia del suo metodo.

Margherita Hack, una delle astrofisiche più note al mondo, ci accompagna nell'avventura della cosmologia. Siamo oggi in grado di ricostruire ciò che era alle origini l'universo: un acceleratore di enorme potenza, fatto di quark e fotoni che si suppongono governati da un'unica forza fondamentale. Seguendo l'espansione dell'universo primordiale, la nuova astronomia ne ripercorre le varie fasi, cercando conferme a teorie e risposte a interrogativi insoluti. Un viaggio nello spazio e nel tempo: dalle stelle più vicine alle remote quasar, dall'origine dell'universo alla sua possibile evoluzione.

La matematica è un prodotto dell'ingegno umano o una sua scoperta? E se si tratta di invenzione, come può rispecchiare così bene le regole di funzionamento del mondo? Su queste domande gli studiosi riflettono da sempre: da Pitagora a Einstein, fino ai giorni nostri. Più le nostre conoscenze scientifiche si sviluppano e più ci rendiamo conto che formule elaborate dalla ricerca pura, anche molto prima che se ne intravedesse un uso pratico, descrivono con precisione le leggi dell'universo. La matematica sembra addirittura in anticipo sulle altre scienze: onnipresente e onnisciente, come solo una divinità potrebbe essere. Qual è il mistero di tanta "Irragionevole efficacia"? In questo libro, Mario Livio cerca di chiarire alcune caratteristiche essenziali della matematica, e del suo rapporto con la realtà che possiamo osservare, seguendo in un percorso cronologico quei concetti che ci forniscono la chiave per la comprensione del cosmo. E racconta con vivace curiosità le avventure, i pensieri e gli accesi dibattiti delle grandi menti del passato: geni che non a caso furono insieme matematici e mistici, astronomi, fisici, sociologi e alchimisti. Secoli di interrogativi, conclude l'autore, ci hanno regalato almeno una certezza: se Dio esiste, di sicuro è un matematico integralista.

Perché a volte comprendiamo le azioni di chi ci sta di fronte e altre volte no? Siamo progettati biologicamente per stare con gli altri o per essere soli? Gli studi rivoluzionari portati avanti negli ultimi anni da alcuni scienziati possono offrire una risposta a queste domande. Tra i protagonisti di queste ricerche il più noto è Giacomo Rizzolatti, che ha scoperto un tipo particolare di cellule, i neuroni specchio, che si attivano sia quando osserviamo un'azione sia quando la compiamo noi stessi. Grazie all'individuazione di questi "neuroni dell'empatia", molti comportamenti individuali e sociali trovano una spiegazione e il nostro modo di intendere percezione, azione e linguaggio viene trasformato. Si tratta di una scoperta che ha rivoluzionato le idee sulla mente: qualcuno l'ha paragonata a quella del DNA in biologia; altri ritengono che la differenza tra ragione emozioni sia stata azzerata. In questo libro, che sfata molti luoghi comuni sull'argomento, vengono affrontati1 gli aspetti filosofici e sociali della scoperta e analizzate le prospettive cliniche che i neuroni specchio lasciano intravedere nella cura di una delle malattie più misteriose: l'autismo. Forse, per la specie umana si apre una nuova stagione, dopo quella dell'homo homini lupus, in cui la scienza ci dice che siamo biologicamente costruiti per stare insieme agli altri e condividere con loro le nostre emozioni.

In questo saggio Philip Ball racconta la storia dei colori, dai pigmenti minerali ai coloranti organici all'artificio dei prodotti della chimica. Grazie alla sua interpretazione del linguaggio cromatico, scopriamo che un particolare pigmento "parla" di sangue e clorofilla, mentre un altro rievoca lo zolfo e il mercurio degli alchimisti; impariamo le ragioni fisico-chimiche per cui il tempo ridipinge le tele; ci rendiamo conto di come spesso sia stata la quantità dei colori sulla tavolozza a limitare la creatività dei pittori, tanto che è possibile collegare la rivoluzione del Rinascimento veneziano alla disponibilità di nuovi pigmenti, e la comparsa dei prodotti chimici applicati all'industria alla nascita dell'Impressionismo.