Zanichelli: Chiavi di lettura

ll bestseller che racconta al grande pubblico la realtà della più grande transizione energetica della Storia. Le tecnologie che ci servono a completarla sono già a nostra disposizione. Ma il tempo stringe. La 28a conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici ha riconosciuto la necessità di «abbandonare i combustibili fossili». Fin dalla prima edizione nel 2008, questo libro spiega perché e come dobbiamo raggiungere questo obiettivo. Bisogna capire che cos'è l'energia: come la produciamo, come la consumiamo e quali sono i suoi impatti sulla salute e sull'ambiente. Il passo successivo è scegliere non se, ma come agire. La decarbonizzazione è già in corso, ma procede troppo lentamente. Non è un problema tecnologico: le rinnovabili sono un settore maturo, così come l'efficientamento energetico. La transizione energetica richiede decisioni e investimenti che non tutti, e non tutti i paesi, sono disposti a fare o hanno la possibilità di fare. Gli interessi in gioco sono molti. Spesso si dà fiducia a «innovazioni green» discutibili, che fanno il gioco dei maggiori inquinatori del pianeta. La crisi climatica, però, non aspetta. Vincitore del premio letterario Galileo per la divulgazione scientifica.

In natura ogni «rifiuto» diventa una risorsa: scarti e sprechi non esistono e tutto viene rimesso in circolo. Possiamo farlo anche noi? Il viaggio di un nostro rifiuto un tempo era di sola andata e senza tappe intermedie: dal cassonetto alla discarica. Da anni, per fortuna, le cose non sono più così semplici e alle discariche arriva solo quello che non è più possibile riutilizzare attraverso il riciclo, il compostaggio e il recupero di energia. Complesse filiere di trattamento si evolvono nel tempo, di pari passo con le nostre abitudini di consumo, con l'obiettivo di minimizzare l'impatto ambientale dei nostri scarti e massimizzare il loro valore. Eppure i nostri rifiuti, anche quando ben gestiti, sono ancora troppi: possiamo fare di meglio. L'economia circolare punta a chiudere tutti i processi produttivi, facendo in modo che lo scarto di un'attività diventi la materia prima a disposizione per un'altra. Questo però sarà possibile solo se impareremo che il miglior rifiuto è quello che non si produce: ci aiuterà l'ecodesign, cioè la progettazione di oggetti e imballaggi che considera il «fine vita» di ogni componente. Le miniere urbane, infine, potrebbero regalare un «viaggio di ritorno» ad alcune tipologie di rifiuti che abbiamo buttato nei decenni passati.

La chimica che ci serve per la nuova rivoluzione industriale deve trainare il pianeta lontano dal baratro della crisi climatica. Un cambiamento epocale che non riduca il nostro benessere e che, anzi, contrasti le disuguaglianze. Sostenibile, centrata sull'essere umano e resiliente: è quella che l'Unione europea chiama industria 5.0. Al suo cuore ci sarà la chimica 5.0: un metodo e una sfida a minimizzare i rifiuti, incluso il diossido di carbonio, e trarne il massimo valore col minor danno ambientale possibile. La chimica verde 5.0 crea nuovi processi produttivi che integrano tra loro diverse tecnologie: batteri ingegnerizzati che metabolizzano il CO2 e ne ricavano preziose molecole, bioraffinerie che trasformano rifiuti agricoli e urbani in plastica, combustibili ed elettricità rinnovabili, fotosintesi artificiale che sfrutta la luce del Sole per produrre composti utili a partire da acqua e CO2. Ma dobbiamo fare in fretta. La crisi climatica colpisce come quella economica, eppure la politica spesso fatica a cogliere l'urgenza degli obiettivi di sviluppo sostenibile. Come la chimica e l'industria, anche la nostra società deve prepararsi a cambiare passo.

Ci sono quasi sette miliardi di smartphone nel mondo, e ognuno è migliaia di volte più potente dei computer che ci portarono sulla Luna. Sono il simbolo più tangibile di una rivoluzione cominciata decenni fa nell’immaginazione degli scienziati che è proseguita nei laboratori di tutti il mondo: la rivoluzione delle nanotecnologie. Abbiamo imparato a costruire oggetti manipolando atomi e molecole. Mentre stiamo raggiungendo i limiti della miniaturizzazione dei circuiti elettronici, usiamo i punti quantici per fabbricare televisori e lampadine più efficienti. Con le nanoparticelle otteniamo superfici che «si mangiano» l’inquinamento, alimentate dalla luce del Sole. Useremo il grafene per migliorare le nostre batterie, diagnosticheremo malattie in laboratori costruiti su chip di pochi centimetri quadrati. Capiremo come per i ricercatori i successi sono importanti quanto i fallimenti, perché trasformare una scoperta scientifica in tecnologia è come camminare in un campo minato di imprevisti. Sapere come funzionano e cosa promettono le nanotecnologie del futuro è indispensabile per capire come possono migliorare la nostra vita, ridurre i nostri bisogni, mitigare le disuguaglianze.

Un viaggio che, tra una derivata e un limite, porta a tante applicazioni inaspettate del calcolo infinitesimale, dalle corde della chitarra alle previsioni del tempo. L’universo che ci circonda è in continuo cambiamento. Per questo in matematica applicata, in fisica e in ingegneria è spesso fondamentale studiare la variazione di una grandezza nel tempo.Lo strumento matematico che descrive come varia una funzione è il calcolo infinitesimale. Ecco perché il suo sviluppo, attribuito a Newton e Leibniz, è considerato una pietra miliare nella storia della scienza. Ma la storia del calcolo infinitesimale è anche una grande avventura matematica, ricca di colpi di scena e di applicazioni inaspettate: un viaggio che porta a capire come funzionano gli aerei supersonici, le chitarre elettriche e le previsioni del tempo.

La comparsa di un nuovo virus su scala globale ha amplificato le fragilità delle nostre comunità e ha catalizzato mutamenti sociali, culturali ed economici radicali. Allo stesso tempo, ha generato una circolazione rapida, massiccia e incontrollata di informazioni che ha messo in discussione il ruolo della scienza e la sua capacità di comunicare: un’infodemia di cui le fake news sono solo la forma più distruttiva. I toni della narrazione che leggiamo sui media richiamano spesso quelli di una guerra; sono diventate di uso comune parole nuove o dimenticate, come paziente zero, quarantena, spillover, coprifuoco, droplet, green pass, morbilità; i numeri della pandemia (contagi, decessi, guarigioni) polarizzano la nostra attenzione, disorientati come siamo da voci contrastanti e non sempre autorevoli. Ripercorrere le tappe della prima pandemia al tempo dei social e imparare dall’esperienza può spronarci a ripensare il rapporto tra chi fa ricerca e chi lavora nella comunicazione, per affrontare in modo più consapevole le emergenze future.

È bastato un salto di specie a farci piombare per la terza volta in vent’anni in una nuova epidemia, provocata da un coronavirus contro il quale non esistevano né vaccini né terapie. Mentre riflettiamo su come cambiare il nostro modo di vivere, causa del degrado ecologico e ambientale che ha favorito la pandemia, disponiamo di tecnologie straordinarie contro le malattie infettive: in appena 11 mesi è stato possibile sviluppare, sperimentare e produrre vaccini che promettono di farci dimenticare SARS-CoV-2. I vaccinologi sfornano preparati sempre più precisi ed efficaci, la cui accettazione sembra però retrocedere, al punto che focolai di malattie prevenibili hanno costretto il legislatore a reintrodurre l’obbligo per le vaccinazioni infantili. Un pubblico capace di distinguere le voci autorevoli da quelle fuorvianti potrà godere più ampiamente dei vaccini di domani. I vaccini costano poco, salvano innumerevoli vite umane, sono più efficaci delle migliori medicine. Cerchiamo di farne il miglior uso possibile, per la salute di tutti.

Il rumore della pioggia di un temporale improvviso ci distrae, ma dopo poco non lo sentiamo più. Ci invaghiamo di una persona, ma con il passare del tempo perdiamo interesse. Dopo mesi di bollettini medici quotidiani, l’ennesimo annuncio sui numeri della pandemia ci lascia quasi indifferenti. Che cosa è successo? Siamo caduti nell’abituazione: la ripetizione dello stesso stimolo o della stessa situazione non ci fa più effetto e smettiamo di rispondere. L’abituazione riflette un meccanismo automatico, presente in tutti gli animali, che permette di ignorare gli stimoli ripetitivi irrilevanti, ma che a volte può ridurre il nostro interesse anche nei confronti di stimoli importanti. Una forma di apprendimento basilare che può avere conseguenze inattese nella nostra vita: nei legami affettivi, nel rapporto con il cibo, nella risposta a farmaci e stupefacenti, nella nostra capacità di reagire emotivamente a notizie drammatiche ripetute. Non possiamo controllare l’abituazione, perché non dipende dalla nostra volontà, ma sapere che cos’è e come agisce può aiutarci a tenerla a bada e a imparare ad avere cura di tutto ciò che ci è caro.

I virus sono strutture semplici, con pochissimi geni. Eppure alcuni di loro possono cambiare le sorti della storia. Questo era noto da prima che arrivasse Sars-Cov-2, un virus che non è giunto inaspettato: già nel 2002 l’epidemia di SARS avrebbe dovuto metterci in guardia. Di fronte a un nuovo virus, gli esseri umani sono indifesi come qualsiasi altra specie. Abbiamo però una carta importante da giocare: la ricerca scientifica. I virus vanno studiati tanto dal punto di vista biologico, per capire come funzionano, quanto da quello ecologico, per scoprire come nascono e come si diffondono. Negli ultimi decenni, il passaggio di virus dagli animali agli umani è diventato sempre più frequente a causa della distruzione degli ambienti naturali e dell’aumento della popolazione umana, che invade gli spazi dove vivono le specie selvatiche. I virus, però, non sono sempre nocivi. Alcuni sono innocui, altri possono anche essere nostri alleati, per esempio come vettori nella terapia genica o per distruggere cellule del cancro. Le principali novità della nuova edizione riguardano: Aggiornamento degli 8 capitoli della prima edizione, con nuovi dati ed esempi. Ampliamento del quinto (Malattie virali) e settimo capitolo (Sfide emergenti) con descrizione e analisi di Covid-19, Mers, e influenza Spagnola. Ampliamento dell’ottavo capitolo (Difendersi dai virus) con tre nuovi paragrafi: nuovi farmaci contro Hiv; selezione e riuso di vecchi farmaci contro malattie virale; vaccini e immunoterapia. Un nuovo capitolo (I virus come alleati), dedicato alle nuove applicazioni della ricerca sui virus.

Simulare il flusso del sangue in un’arteria occlusa, prevedere che tempo farà domani, ottimizzare l’aerodinamica di una barca a vela: per risolvere questi problemi, cardiologi, meteorologi e ingegneri possono contare sull’aiuto della matematica. Il matematico lavora in équipe con gli specialisti del campo, con cui stabilisce le domande a cui dare risposta. Per modellizzare l’apparato circolatorio deve tener conto dell’elasticità delle pareti arteriose, che si deformano al passaggio del sangue, e dei moti vorticosi che si formano a valle delle biforcazioni delle arterie. Per progettare una barca a vela in grado di conquistare la Coppa America deve ottimizzare l’aerodinamica dello scafo e delle vele, tenendo conto della variabilità del vento e dell’interazione con le imbarcazioni avversarie. Non basta, poi, «scrivere le formule»: ogni equazione dev’essere tradotta in algoritmi informatici, cercando il miglior compromesso tra l’accuratezza della simulazione e il costo computazionale. Il campo d’azione del matematico è illimitato: i modelli che inventa possono prevedere di tutto, dal tempo di cottura ideale dei bucatini a come si diffonde una pandemia.

Come facciamo a localizzare la posizione degli altri nello spazio? A ridere quando tutti ridono? A sentirci coinvolti dalle emozioni di persone reali o di fantasia? Ci aiutano i neuroni specchio, le cellule del sistema nervoso che, individuate vent’anni fa a Parma, si attivano in ciascuno di noi sia quando compiamo un’azione sia quando osserviamo qualcun altro compiere la stessa azione. Molte scoperte sono avvenute o si sono perfezionate dalla prima edizione di questo libro. Oggi sappiamo che i neuroni specchio ci fanno sentire al nostro interno, come fossero i nostri, i movimenti dei maestri quando impariamo per osservazione a danzare o a suonare uno strumento. Presenti in diverse specie e conservati nell’evoluzione di molti animali sociali, i neuroni specchio rappresentano un meccanismo automatico utile alla sopravvivenza, poiché permettono di capire le azioni degli altri e le loro intenzioni. Ci aiutano per esempio a cogliere se un gesto è eseguito in maniera brusca o gentile. Un fronte ancora aperto nelle ricerche sui neuroni specchio è il ruolo che hanno nell’empatia, ovvero la capacità di sentire che cosa provano gli altri e di mettersi nei loro panni.

La meravigliosa complessità del mondo è conseguenza di leggi fisiche che poco a poco negli ultimi secoli siamo riusciti a svelare. Ma da dove vengono queste leggi? Chi le ha create? Con rigore scientifico, ma non senza umorismo, Peter Atkins rivisita qui i grandi princìpi di conservazione, la meccanica classica e quantistica, la termodinamica e l’elettromagnetismo, ne distilla l’essenza più profonda e propone un’idea sorprendente: le leggi della natura sono nate spontaneamente, senza alcun atto creativo. Atkins mostra infatti che per generare le leggi basta una combinazione di indolenza (non si altera la simmetria perfetta del nulla primigenio), di anarchia (ogni particella è libera di muoversi a proprio piacimento) e di ignoranza (non si conosce il comportamento individuale delle particelle, soltanto quello collettivo). Se così è, restano da spiegare soltanto i valori di alcune costanti fondamentali, come la carica dell’elettrone, e il prodigio forse più grande: perché la matematica inventata dall’Homo sapiens sia così efficace nel descrivere l’universo.