Linee di scienza

Una mia studentessa di quarta scientifico mi ha chiesto se il Carnot del teorema del coseno che abbiamo studiato in trigonometria è lo stesso del ciclo di Carnot che stavo spiegando in termodinamica.
Sono padre (Lazare Nicolas Marguérite) e figlio (Nicolas Léonard Sadi Carnot) e vale la pena di seguire la loro storia.

Lazare Nicolas Marguérite Carnot (1753-1823) «nella sua opera Géométrie de position del 1803 enuncia il teorema del coseno per la risoluzione dei triangoli qualunque: il teorema era noto sin dai tempi di Euclide ma Carnot ne ha prodotto una generalizzazione relativa al tetraedro» (come si legge nel sito Artemate). Anche se sulla pagina web a cura del Pristem dedicata alla biografia del matematico si specifica che già «nel 1801 scrisse il volume De la corrélation des figures de géométrie nel quale espone il cosiddetto teorema di Carnot sui triangoli e afferma che molti dei risultati di Euclide sono casi particolari di questo teorema». Sempre a proposito dell’attribuzione a Carnot del teorema, nella pagina di storia della matematica della professoressa Oriana Pagliarone, si sottolinea che: «tale teorema era già conosciuto, benché sotto altra forma, da Euclide (III sec. a.C.) il quale per giungere alla sua dimostrazione vi dedicò quasi al completo uno dei 13 libri dei suoi famosi Elementi. Tale teorema dovrebbe più propriamente denominarsi Teorema di Pitagora generalizzato: in ogni modo, nella forma trigonometrica, esso era certamente noto prima di Carnot […] da François Viète in un’opera del 1593».
Altro studio rinomato nel campo della matematica di Lazare Carnot è il testo Réflexions sur la métaphysique du calcul infinitésimal del 1797, dedicato al calcolo infinitesimale.
Inoltre, si legge a pagina 980-981 del secondo volume della Storia del pensiero matematico di Morris Kline, che «la rinascita della geometria proiettiva fu iniziata da Lazare N. M. Carnot […] che si rifiutò di usare i metodi analitici e dette inizio al campionato della geometria pura».
Carnot padre era capitano dell’esercito francese, fu un uomo politico impegnato in prima persona nella Rivoluzione francese e fu fra i fondatori dell’École Polytechnique. Nel 1799 venne nominato Ministro della Guerra, ma dopo cinque mesi si dimise in contrasto con Bonaparte.
Nel libro di storia della matematica di Umberto Bottazzini Il flauto di Hilbert, alle pagine 62-63 del capitolo dedicato ai “politecnici” francesi, è possibile approfondire la biografia del matematico, che ne esplicita gli aspetti di continuo impegno politico e sociale, come si può leggere per esempio nel seguente passaggio: «Nello stesso anno III, ancora su ispirazione di Carnot, la Convenzione decretava infine la creazione dell’Institut National, un organismo che sarà soppresso all’indomani della Restaurazione, quando venne reistituita l’antica Académie. L’Institut segnava sul piano istituzionale l’avvenuta riconciliazione dello Stato con l’intera comunità scientifica e il riconoscimento del ruolo degli scienziati nella vita del paese».

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796,1832) – come si legge a pagina 251 del libro del Premio Nobel Emilio Segrè Personaggi e scoperte della fisica classica – «è una figura singolarissima nella scienza e, per la grandezza dei risultati raggiunti e per la brevità della vita, ricorda i suoi romantici contemporanei, i grandi matematici N. Abel e E. Galois». Sadi Carnot morì infatti a soli 36 anni di colera. Sempre dal libro di Segrè: «Carnot scrisse un solo lavoro scientifico: un libretto di 118 pagine intitolato Réflexions sur la puissance motrice du feu. Fu pubblicato nel 1824» (un anno dopo la morte del padre, ndr) «in un’edizione di 600 copie, a spese dell’autore, e passò pressoché inosservato, anche se Carnot, figlio di un celebre personaggio francese che era stato uno dei primi membri dell’Accademia, avrebbe forse dovuto suscitare una certa curiosità tra gli amici paterni che poterono ascoltare una breve descrizione del libro durante uno degli incontri dell’Accademia stessa. Il libro fu tuttavia studiato da Émile Clapeyron (1799, 1864), che era stato, come Carnot, allievo dell’École Polytechnique. […] Nel 1833 gli capitò tra le mani il libretto di Carnot, lo studiò e ne riformulò le parti essenziali in forma più analitica, pubblicando i risultati sul “Journal de l’ École Polytechnique” del 1834, dopo che il lavoro era stato respinto da altre riviste. Carnot era ormai morto da due anni, e dieci anni erano già trascorsi dalla comparsa delle Réflexions. Attraverso l’articolo di Clapeyron, nel 1849, Thomson apprese dell’esistenza del libretto di Carnot e si rese conto che esso conteneva idee nuove e fondamentali. […]
Sadi ebbe diversi incarichi nell’esercito e poi come ingegnere nei servizi civili; nel 1828 si ritirò dalla carriera militare con il grado di capitano. […] ».
Vi consiglio di leggere tutto il capitolo dedicato a Carnot perché la storia dello studio teorico delle macchine a vapore è veramente appassionante ed è integrato con i testi originali dello scienziato (sono una decina di pagine).
Vi consiglio altre due letture: la prima sono le pagine 186 e 187 del libro di Michael Guillen Le cinque equazioni che hanno cambiato il mondo che sintetizzano bene come il lavoro di Carnot ispirò Clausius. La seconda lettura è la voce Energia dell’ Enciclopedia Einaudi, dal paragrafo a pagina 421 intitolato “Conservazione e degradazione dell’energia”. Il saggio è scritto da un altro Premio Nobel, Ilya Prigogine, insieme a Isabelle Stengers e affronta il tema in maniera storica: «Di primo acchito può sembrare curioso che Sadi Carnot sia potuto arrivare a quella che si considera tradizionalmente la prima versione del secondo principio della termodinamica nel 1826, vent’anni prima che, in maniera praticamente simultanea, una buona dozzina di fisici, ingegneri, fisiologi e medici enunciassero il “primo” principio». Si legge anche di un interessante “passaggio di testimone” fra padre e figlio: «Lazare Carnot, autore di un trattato sulle macchine […]» (Essai sur les machines en général, del 1778, ndr) «precisò le condizioni ideali di funzionamento delle macchine meccaniche. Suo figlio si pose le stesse questioni per le nuove macchine, le macchine termiche venute dall’Inghilterra». Interessante infine la seguente osservazione: «La descrizione teorica di Carnot è basata su due teorie entrambe false, quella della conservazione del calore (il “calorico” che, passando da una sorgente calda a una fredda, sviluppa una quantità determinata di potenza motrice) e quella secondo cui il calore specifico varia con il volume. Queste due teorie, in modo notevole ma affatto caratteristico per il buon numero di relazioni utilizzate nel quadro della teoria del calorico, compongono i loro effetti in maniera tale che la formula del rendimento ideale di Carnot resistette alla demolizione della teoria del calorico».

Risorse on line

• in queste dispense di Astronomia, un’applicazione del teorema del coseno ai triangoli sferici (da pag. 17)
• un file con il teorema del coseno e dimostrazione
• un’utile sintesi sul triangolo e le sue proprietà
• due file con il ciclo di Carnot in sintesi (e il rendimento ricavato tramite il lavoro espresso con i logaritmi): il primo e il secondo.
• un filmato sul secondo principio della termodinamica e il ciclo di Carnot a cura della Rai.

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Fra poco spiegherò in classe le onde, gli oscillatori, i pendoli, la luce… e le lucciole sono un ottimo “campo di osservazione” di tutti questi concetti.

Bioluminescenza
Prima di tutto le lucciole sono interessanti per il fenomeno della bioluminescenza, l’emissione di luce da parte di organismi viventi, un esempio perfetto di biofisica! Ho trovato in rete una pagina web che sintetizza i punti salienti del processo di emissione luminosa (che implica la proteina luciferina, l’enzima luciferasi ecc.) e che oltre a presentare bellissime immagini, accenna anche all’aspetto termodinamico del fenomeno: dal punto di vista energetico infatti «l’efficienza delle lucciole è di circa il 90%» contro il 10% delle lampadine comuni, il 20% delle luci fluorescenti e il 30% dei Led. La pagina web si intitola bioluminescenza e contiene molte informazioni, come le applicazioni del test della bioluminescenza nei laboratori di ematologia o microbiologia. Si legge anche che in Asia e in America Centrale e Meridionale i coleotteri luminescenti venivano utilizzati per illuminare case e giardini. Come nel seguente video, molto suggestivo:

Sincronizzazione
Il legame di questo strano coleottero con la fisica e la matematica  risiede nel fenomeno della “sincronizzazione”.
Come si legge nella pagina web dell’Infn di Catania dedicata alla notte dei ricercatori che affronta i fenomeni caotici, «migliaia e migliaia di lucciole che, nelle lunghe notti tropicali, lampeggiano all’unisono immerse nella vegetazione che costeggia i fiumi, sono un altro esempio di sincronizzazione spontanea nel mondo animale». Molti video su youtube riprendono il fenomeno (ho segnalato alcuni link alla fine di questo post) che mostra alberi che si accendono e si spengono all’unisono come se fosse la notte di Natale!
Le lucciole si sincronizzano in maniera spontanea e i ricercatori hanno realizzato studi e simulazioni al computer per scoprire le cause di questo comportamento (che riguarda ad esempio anche gli stormi di uccelli o i branchi di pesci). Nella pagina web che ho appena citato, trovate il link a una di queste simulazioni: bisogna avere pazienza, ma dopo un po’ si osserveranno migliaia di puntini lampeggiare tutti insieme che producono un grafico (in basso a sinistra) con una curva oscillante periodica.

La sincronizzazione in meccanica è un aspetto poco conosciuto dei pendoli, degli oscillatori armonici: un buon modo per affrontare l’argomento con gli studenti può essere la tesi di laurea di Floriana Giannuzzi, laureata in Fisica nel 2004 all’Università degli Studi di Bari. Il titolo non deve spaventare: “Oscillatori anarmonici accoppiati” perché le prime parti della tesi sono molto discorsive e chiare, raccontano la storia della sincronizzazione con numerosi esempi. La tesi inoltre è disponibile on line gratuitamente, si scarica qui. Riporto di seguito alcune parti molto utili a mio parere per impostare il discorso sul tema:
«La scienza della sincronia è nata nel IV secolo avanti Cristo, quando Androstene, scriba di Alessandro Magno, sulla strada per l’India osservò che le foglie degli alberi di tamarindo si aprivano sempre durante il giorno e si chiudevano la notte. Un altro esempio storico è dato dalle osservazioni di Huygens. Il grande scienziato nel 1665 fu attratto da un fenomeno che lo incuriosì: due pendoli, appesi ad una parete della sua camera da letto, inizialmente non sincronizzati, dopo un po’ di tempo oscillavano insieme, avvicinandosi e separandosi in direzioni opposte, quindi in opposizione di fase. Huygens scoprì che, anche se si disturbavano le oscillazioni dei due pendoli, essi, entro mezz’ora, ritornavano sempre in consonanza. Al contrario, dopo averli separati su due pareti diverse, in un giorno si sfasavano di ben cinque secondi.
Nel secolo scorso, si sono interessati ai fenomeni di sincronismo vari fisici del calibro di Albert Einstein, Richard Feynman, Brian Josephson e Yoshiki Kuramoto. Se ne sono occupati anche matematici come Norbert Wiener, biologi come Charles Czeisler e Arthur Winfree; il teorico del caos Edward Lorenz ed altri. L’obiettivo era capire come milioni di neuroni, criceti o lucciole riescano all’improvviso a tenere lo stesso passo, senza un leader né segnali esterni».
[…]
«Negli anni Sessanta alcuni scienziati si interessarono in modo particolare ad un caso di sincronia creato dalle lucciole: da 300 anni i viaggiatori provenienti dal Sudest asiatico raccontavano che enormi gruppi di lucciole si radunavano lungo le sponde dei fiumi e lampeggiavano tutte all’unisono e con un periodo costante. Ricerche successive hanno poi mostrato che sono i maschi a sincronizzarsi. Si pensa infatti che lo spettacolo sia un richiamo per le femmine, che altrimenti non riuscirebbero a vederli. Una possibile conferma a questa ipotesi è che la maggior parte degli episodi di sincronia sono presenti nelle zone caratterizzate da una fitta vegetazione, come la Thailandia o la Malesia. Inizialmente si pensava che ci fosse una specie di direttore d’orchestra, una lucciola che desse il tempo a tutte le altre. In realtà si è visto che, anche se vengono isolate, le lucciole continuano a lampeggiare con lo stesso ritmo: questo indizio potrebbe suggerire che esiste un orologio interno, un oscillatore non ancora individuato che controlla il lampeggiamento e capace di adattarsi al ritmo mostrato dalle altre lucciole. Per studiare direttamente questo fenomeno tanto singolare, il biologo Buck decise di recarsi in Thailandia; lì osservò un gruppo di lucciole che, inizialmente, lampeggiavano in modo scoordinato, poi, prima a gruppi di due, poi di tre, cominciarono a lampeggiare all’unisono. Col passare del tempo questi gruppi di sincronia crescevano spontaneamente, come se un numero sempre più grande di lucciole adattasse il proprio ritmo a quello delle altre, senza essere coordinato da un particolare leader. Successivamente, attraverso esperimenti in laboratorio, si dimostrò che impulsi luminosi esterni riescono a influenzare il lampeggiamento di una lucciola, come se quel suo oscillatore interno fosse in tal modo regolabile».
[…]
«Esistono molti esempi di sistemi che raggiungono la sincronia: sistemi biologici come, ad esempio, colonie di lucciole o di grilli; il sistema delle cellule pacemaker del cuore o di quelle cerebrali; sistemi inanimati come insiemi di particelle subatomiche o sociali, quali gli agenti di borsa che con la loro azione sincronizzata possono provocare i boom ed i crolli del mercato azionario. Esempio di sincronizzazione è anche dato dal modo di applaudire del pubblico di uno spettacolo che, dopo una fase transitoria, spontaneamente batte le mani all’unisono».
[…]
«Anche le applicazioni sono notevoli: il concetto di sincronia è stato sfruttato per la costruzione di orologi atomici altamente precisi, nella rete di distribuzione elettrica americana, per gli studi sulle malattie causate dalla fibrillazione, che si verifica quando la sincronia viene meno, come nel caso del cancro».

La Giannuzzi cita il libro di Steven Strogatz “Sync” tradotto anche in italiano con il titolo “Sincronia. I ritmi della natura, i nostri ritmi”. Vi consiglio di ascoltare la seguente conferenza tenuta da Strogatz in persona, perché oltre a essere un esercizio di Inglese è anche molto divertente e suggestiva, con molti video e dimostrazioni: dagli stormi in volo nei cieli, o da una semplice dimostrazione di come si possano far sincronizzare due metronomi, fino al celebre caso del Millennium Bridge di Londra (un ponte che purtroppo oscillava troppo! Ne avevo parlato ai tempi anch’io in un articolo sulla rivista erewhon) e una interessante simulazione finale che ne analizza le cause. La conferenza fa parte dei TEDTalks, durante i quali ricercatori e scienziati raccontano in soli 18 minuti le idee brillanti che animano la loro ricerca. Il taglio è divulgativo e molto ironico, vale la pena ascoltarle!! Ted significa Technology, Entertainment, Design: maggiori informazioni nella seguente pagina.

Link

• Una pagina di National Geographic dedicata alla lucciola
• Video su youtube che riprendono il fenomeno della sincronizzazione degli sciami di lucciole
  http://www.youtube.com/watch?gl=IT&hl=it&v=sROKYelaWbo
  http://www.youtube.com/watch?v=sC2OkCEdqU4&feature=related
• Video di alcuni pendoli accoppiati http://www.youtube.com/watch?v=kqOARsCJC-8&feature=related e di un’onda di pendoli http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=J8aUltZKW5Y&feature=endscreen entrambi realizzati da studenti

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Il tema del Carnevale della fisica di questo mese è “Fisica e letteratura italiana, dal suo nascere fino ai giorni nostri” ospitato da GruppoLocale.it. Sono felice di poter partecipare, anche se l’argomento ha dimensioni astronomiche, richiederebbe tempi geologici di studio e una forza titanica, senza contare le conoscenza e le competenze necessarie per realizzarlo!! Per fortuna altri hanno già affrontato in maniera esemplare l’argomento e io mi limiterò a citare saggi, libri, siti internet… Il criterio più semplice mi sembra quello cronologico, che sarà necessariamente incompleto, però mi consola il fatto di non essere l’unica a percorrere questa strada, così so che quello che non dirò sarò completato dagli altri partecipanti al Carnevale. E quello che dirò probabilmente non sarà nulla di nuovo… comunque il mio è uno sguardo più attento agli aspetti didattici e a quei materiali che potrebbero contribuire a un eventuale percorso interdisciplinare a scuola o a un momento di riflessione comune alle due discipline.

• Dante e Galileo

Se non fosse per un anno, sarebbero nati esattamente a trecento anni l’uno dall’altro, Dante a Firenze nel 1265 e Galileo a Pisa (lì vicino) nel 1564. Quasi quattrocento anni dopo, sul Corriere della Sera del 31 dicembre 1967 nasceva quella che si potrebbe chiamare la “disputa Cassola Calvino” che, come si può leggere dalle parole di Carlo Cassola, si svolgeva nei seguenti termini: «Domenica scorsa, su questo giornale, Italo Calvino ha affermato che Galilei è il più grande scrittore italiano di ogni secolo. Io credevo che Galilei fosse il più grande scienziato, ma che la palma di massimo scrittore spettasse a Dante». La disputa è riportata ampiamente nel saggio di Massimo Bucciantini “Italo Calvino e la scienza” (Donzelli ed, 2007): Italo Calvino scrive «Il più grande scrittore della letteratura italiana d’ogni secolo, Galileo, appena si mette a parlare della luna innalza la sua prosa a un grado di precisione ed evidenza e insieme di rarefazione lirica prodigiose. E la lingua di Galileo fu uno dei modelli per la lingua di Leopardi, gran poeta lunare». Per Italo Calvino – si legge in Bucciantini – bisogna affrontare il problema della conoscenza della contemporaneità, ed è da questa prospettiva che egli guarda con attenzione alla scienza e, in particolare, a Galileo: «Quel che posso dire è che nella direzione in cui lavoro adesso, trovo maggior nutrimento in Galileo, come precisione di linguaggio, come immaginazione scientifico-poetica, come costruzione di congetture». Per questa ragione la dicotomia avanzata da Cassola tra scienziato e scrittore è destituita di ogni fondamento. Calvino preferisce parlare di “vocazione profonda della letteratura italiana”, che considera “l’opera letteraria come mappa del mondo e dello scibile” e cerca attraverso “la parola letteraria di costruire un’immagine dell’universo”. All’interno di questo quadro di riferimento nessuno deve dunque scandalizzarsi all’idea di porre Dante e Galileo l’uno accanto all’altro, in un’ideale catena letteraria, perché ambedue sono scrittori mossi da una medesima vocazione e tensione conoscitiva. (Bucciantini, pag. 121)

“[…] anche Dante cercava attraverso l’opera letteraria di costruire un’immagine dell’universo. Questo è una vocazione profonda della letteratura italiana che passa da Dante a Galileo: l’opera letteraria come mappa del mondo e dello scibile, lo scrivere mosso da una spinta conoscitiva che è ora teologica ora speculativa ora stregonesca ora enciclopedica ora di filosofia naturale ora di osservazione trasfigurante e visionaria […]”.
I. Calvino, Due interviste su scienza e letteratura, in Una pietra sopra (Mondadori 1968).

È molto bello poter ascoltare dalla voce di Italo Calvino stesso il suo punto di vista sull’argomento:

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Per quanto riguarda Dante, il rapporto con la fisica è evidente quando il poeta parla di astronomia: come ho già citato in un altro mio post, «I passi a carattere astronomico nella Commedia sono circa un centinaio e sono presenti principalmente nel Purgatorio e nel Paradiso» come si legge nel saggio di Monica Aimone intitolato Astronomia nella Commedia. La visione dantesca del cosmo e contenuto nel libro Leggere e rileggere la Commedia dantesca a cura di Barbara Peroni (ed. Unicopli). Giulio Preti in “Chi ha paura della scienza?” (in “La Fiera Letteraria”, XLVIII. 4 aprile 1968) sostiene che in prosa e in poesia, e persino nella sua più alta poesia, Dante ha travasato tutte le sue conoscenze teologiche, filosofiche, scientifiche nel Paradiso ad esempio «Dante ha fatto proprio dell’argomento che tanto lo interessava, delle macchie lunari il contenuto da cui muovere per l’impostazione lirico-teologica di tutta la Cantica».
«La Commedia di Dante è intessuta di conoscenze scientifiche, di aritmetica e di geometria, di astronomia e di logica» scrive Umberto Bottazzini nell’introduzione del libro “Più che ‘l doppiar de li scacchi s’inmilla” di Bruno D’Amore.

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Di Galileo scrittore mi piace citare qui una curiosità: nel 1588 scrisse il saggio Due lezioni all’Accademia fiorentina circa la figura, sito e grandezza dell’Inferno di Dante nel quale cercava di dare una descrizione razionale, matematica e geometrica dei gironi infernali, calcolando misure e proporzioni perfino dello stesso Lucifero! Il testo sì può leggere integralmente a questo indirizzo.
Al tentativo da parte di Galileo di “coniugare il rigore matematico con l’immaginazione poetica e artistica” si è ispirato lo spettacolo multimediale di danza e video Galileo all’inferno realizzato da Studio Azzurro in collaborazione con il Balletto dell’Open Haus di Norimberga. Nel video che segue si può avere una assaggio di questo “cosmodramma interattivo”, spettacolo con ben cinque piattaforme multimediali interattive tramite le quali gli attori e i ballerini interpretano il mondo ultraterreno di Dante, quello interiore di Galileo e quello fisico del cosmo. Come si legge nella presentazione dello spettacolo, infatti: “la scena è concepita come un organismo metamorfico, dove, in un progressivo passaggio tra macrocosmo e microcosmo, i corpi dei danzatori sono come emanazioni del pensiero di Galileo e interagiscono con le videoproiezioni, disegnando una “cosmogonia antropomorfa”.

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Consiglio inoltre la lettura del libro di Luciano Celi “Gettar luce nell’oscuro laberinto. Arte, letteratura, scienza in Galileo Galilei” (Aracne ed, 2010), un saggio che «esplora i percorsi meno conosciuti dei rapporti di Galileo con la cultura umanistica […] dal dialogo con i pittori alla passione letteraria per Ariosto, dai disegni autografi della Luna […] alle lezioni accademiche sull’Inferno di Dante».

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• Dal Seicento all’Ottocento

“Salto” Leonardo, Ariosto e la luna, Giordano Bruno, Tommaso Campanella, ecc… che compariranno sicuramente in qualche post del Carnevale, per approdare al Seicento. Nel libro “Alambicco e calamaio. Scienza e letteratura fra Seicento e Ottocento” di Giovanni Baffetti, Andrea Battistini e Paolo Rossi, si «passano in rassegna i molteplici fattori che nel secolo dei lumi realizzano una vera simbiosi di letteratura e scienza, con l’obiettivo di “trasportare l’affumicata chimica dagli laboratorii alle geniali conversazioni ed alle toelette d’una dama” (sono parole di Cesare Beccaria). Gli strumenti scientifici, maneggiati con leggiadria dalle Muse, perdono così la loro freddezza e rigidità; e i letterati riescono a tutelare felicemente le risorse della poesia in questi anni di trionfante scientismo, affidandole un ruolo di civiltà e cultura che il Romanticismo ripristinerà trionfalmente» come si legge in questa presentazione on line di Anna Maria Cavalli.
Nel saggio in pdf intitolato “I «moderni autori». Appunti su natura e scienza nella poesia dei Lumi” William Spaggiari scrive: «È senz’altro verificabile nel secondo Settecento una stretta attinenza (come mai si era verificato in passato, e come mai sarebbe accaduto in seguito) fra poesia e progresso scientifico, nel tentativo, certamente disuguale negli esiti, di avvicinare il tradizionale linguaggio del verso al nuovo vocabolario della natura; un problema, quello del rapporto fra poesia e discipline utili, che oltre ad investire il sistema storiografico tiraboschiano non mancava allora di esempi d’oltralpe (Andrea Battistini ricorda una dissertazione presentata da Johann Bernhard Merian a Berlino nel 1776, sui modi in cui la scienza può influire sulla poesia), e che venne affrontato, pur con lo scopo preminente di salvaguardare l’armonia del dettato poetico, soprattutto dal Parini nel Discorso sopra la Poesia, letto per i Trasformati nel 1761, che plaude alla moderna lirica innervata dallo «spirito filosofico», e poi dal gesuita bassanese Giambattista Roberti, nella Lettera sopra l’uso della Fisica nella Poesia (1765), e dal Rezzonico nel Ragionamento su la volgar poesia dalla fin del passato secolo fino a’ nostri giorni, del 1779. Il percorso, costellato di oscillazioni e difficoltà, alla ricerca di una possibile conciliazione tra esercizio del verso e processi scientifici, è del tutto autonomo rispetto a quello, tecnicamente più agevole, seguito dai divulgatori in prosa, fra il Newtonianismo di Algarotti (1737) e la Chimica per le donne di Compagnoni (1796); ed ha caratteri distinti anche rispetto alla poesia propriamente didascalica, di registro oraziano e virgiliano, in molti casi gravitante sulla misura classica del poema, usufruito, in particolare per l’illustrazione delle discipline mediche, già nella prima metà del secolo secondo una tradizione seicentesca, a cominciare dai venti canti in ottave de L’Adamo ovvero il mondo creato di Tommaso Campailla (1709-23)».
Consiglio di visitare la pagina on line del progetto dell’Università di Ferrara “comunicare la matematica” perché contiene due documenti molto interessanti per quanto riguarda i legami fra fisica e letteratura italiana.

Il primo è un saggio del professor Cesare Pepe intitolato “Cesare Beccaria e la matematica” nel quale si scopre la profonda conoscenza di Beccaria della fisica, al punto da essere soprannominato il “newtoncino”… Le sue letture scientifiche comprendevano le opere di d’Alembert, come il Traité de dynamique (1743) che esponeva l’approccio alla meccanica newtoniana che da Lagrange prese il nome di “principio di d’Alembert”. Beccaria scrisse degli estratti da opere di fisica, come Traité d’optique, ou l’on donne la théorie dela lumière dans le
système newtonien (1752) di Gaspard de Courtivron e il quinto tomo dei
Mélanges de littérature, d’histoire et de philosophie di d’Alembert (Amsterdam 1767) nel quale si affrontavano argomenti come il calcolo differenziale o i concetti di spazio e tempo in filosofia.

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Il secondo saggio si intitola “La questione copernicana tra Giacomo e Monaldo Leopardi” di Maria Teresa Borgato, che affronta in maniera dettagliata le pubblicazioni del padre di Leopardi sulla teoria copernicana, di stampo nettamente antigalileiane, che «avevano dato luogo a reazioni indignate» al punto che «lo stesso Giacomo di preoccupava di poter essere scambiato per omonimia con l’autore di quelle assurdità». Sono dieci pagine istruttive, per un approccio didattico originale.

Anche il testo di Franceso Algarotti “Dialoghi sopra l’ottica neutoniana” (1752) è una lettura da consigliare: lo avevo letto in previsione di lavorarci con i miei studenti del laboratorio pomeridiano di giornalismo, per realizzare una conferenza, magari ambientata in un salotto del ‘700. È un testo piacevolissimo nel quale si difende l’approccio di Newton alla spiegazione dei fenomeni luminosi contro quello di Cartesio, in forma di dialogo fra due protagonisti, uno speranzoso “neutoniano” e una marchesa che abita sulle sponde del lago di Garda che è tanto bella quanto brillante. Finalmente la donna appare nella sua interezza anche intellettuale… mi aveva colpito molto anche il fatto che durante le spiegazioni, l’intelligenza della marchesa non avesse bisogno di figure o disegni esplicativi (che invece ad esempio utilizzava molto, cento anni prima, Galileo nel “Dialogo sopra i due massimi sistemi” e che ovviamente non comprendeva nessun personaggio femminile). Specchi, prismi, arcobaleni, l’ «universale attrazione della materia», i principi della dinamica… ogni argomento ha il sapore dell’attualità e già dopo le prime righe si respira l’atmosfera dell’ ”era dei lumi”.
Un testo infine di interesse interdisciplinare è lo studio di Daniela Ghirlanda “Scienza e letteratura nella Storia” dedicato alla Storia della letteratura italiana di De Sanctis.

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• Dal Novecento a oggi

Ecco alcuni consigli di lettura in ordine sparso, magari per avere qualche spunto per la tesina o il percorso dell’esame di quinta:

- Il breve saggio “Dalla Luna di Galilei alla Luna di Calvino, passando dalla Luna di Leopardi” di Filomena Montella
- Il racconto di Santo Piazzese “Il viaggio segreto di Niels Bohr a Palermo” nel libro “Il sogno e l’approdo” (Sellerio ed. 2009)
- Il racconto “L’aeroplano” di Dario Voltolini
- Il racconto “Il nemico della velocità” di Ermanno Cavazzoni (che si trova all’interno del libro “Vite brevi di idioti”, Feltrinelli, 1994)
- i romanzi ambientati al Cern di Ginevra “Atlante occidentale” di Daniele Del Giudice e “L’energia del vuoto” di Bruno Arpaia
- “Ti vengo a cercare. Interviste impossibili” (Einaudi 2011): i racconti/intervista “Galileo Galilei” di Andrea Camilleri e “Stephen Hawking” di Antonio Moresco
- “Piccolo atlante celeste. Racconti di astronomia” a cura di Stefano Sandrelli e Giangiacomo Gandolfi (Einaudi)
- “L’orizzonte di Riemann” raccolta di racconti a cura di Antonio Bellomi e Luigi Petruzzelli (Della Vigna ed.)
- “Tra scienza e letteratura un possibile incontro” del progetto Imago Mundi, che coinvolge un gruppo di lavoro misto di docenti del Politecnico di Milano (Polo Regionale di Como) e docenti delle scuole superiori della provincia di Como
- Un interessante dialogo sull’entropia (in più puntate on line) di Antonio Sparzani e Dario Voltolini
- La sezione di letteratura e teatro del sito Ulisse
- Un’intervista con Piero Bianucci su scienza e letteratura, nella sezione di arte e scienza del sito Torinoscienza

E per concludere con una nota di poesia contemporanea, consiglio due letture: “Supernova” di Fabiano Alborghetti e “La fisica delle cose. Dieci riscritture da Lucrezio” a cura di Giancarlo Alfano con testi di Andrea Inglese, Letizia Leone, Laura Pugno, Giulio Marzaioli, Vincenzo Frungillo, Andrea Raos, Vito M. Bonito, Sara Davidovics.

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La notizia sul bosone di Higgs, che era su tutte le pagine dei giornali, è da considerarsi un grande successo per la fisica ma anche per le donne e in particolare per quelle del nostro paese, perché l’esperimento Atlas del Cern di Ginevra è diretto dalla fisica italiana Fabiola Gianotti. Atlas dell’Lhc è il più grande esperimento di fisica mondiale (come sottolinea la rivista New Scientist) e Fabiola Gianotti coordina ben 2500 ricercatori: è quindi un ottimo esempio per le studentesse che desiderano intraprendere gli studi in questo campo. In rete trovate molte interviste (anche video) tutte interessanti, come quella di Valentina Murelli per Linxmagazine (gennaio 2009) oppure lo speciale di Simona Cerrato su Oggiscienza (ottobre 2011).
Piccola nota personale: ho lavorato come assistente nel laboratorio di fisica condotto da Fabiola Gianotti per gli studenti del corso di laurea in biologia dell’Università di Milano, nel lontano 1994 e ho un ricordo bellissimo, di una persona sempre sorridente e disponibile, con una grande umanità. È stato infatti un piacere rincontrarla qualche anno dopo al Cern durante uno stage di qualche giorno per il Master in Comunicazione della Scienza che ho frequentato alla Sissa di Trieste; anche in quella occasione ci ha accolto con molta simpatia e ci ha illustrato il suo lavoro di ricerca in maniera molto chiara e con grande professionalità.

È di qualche mese fa un’altra ottima notizia e cioè che l’Associazione Italiana di Fisica Medica ha nominato per la prima volta una donna come presidente, la dottoressa Luisa Begnozzi. Nell’intervista a questo indirizzo si legge «La complessità del lavoro del fisico medico obbliga ad un ampio impegno su più fronti – ha dichiarato la dott.ssa Luisa Begnozzi, subito dopo la sua elezione – è pertanto necessario aumentare il peso degli specialisti in fisica medica nella comunità scientifica e professionale italiana; inoltre la difficoltà nella comprensione delle attività che svolgono i fisici medici comporta un gap tra gli stessi e la gente comune, che esige di essere colmato attraverso una comunicazione più semplice e diretta».

Speriamo che casi del genere non rimangano isolati (così da essere casi “di genere”), perché la situazione purtroppo non è ancora per nulla buona. Prima di tutto si pensi che su 300 Nobel per la scienza solo dieci sono stati assegnati a donne e questo non è un segno statistico incoraggiante. Inoltre le donne sono discriminate anche nella fisica, come si legge in questo articolo del 13 giugno 2011: «Un sondaggio condotto su 15mila ricercatori di fisica provenienti da 130 nazioni e i cui risultati sono stati pubblicati dalla rivista Nature pochi giorni fa ha messo in evidenza come gli uomini abbiano maggiore accesso a opportunità di lavoro e a risorse finanziare e come la loro carriera soffra molto meno delle donne dopo la nascita di un figlio. Da notare che i risultati sono gli stessi sia nei paesi industrializzati che in quelli in via di sviluppo. Tutto il mondo è paese, almeno sotto questo profilo».
Sulla rivista on line Galileo, in un articolo dell’11 novembre 2011, sono riportati i risultati del rapporto “Global Gender Gap Report 2011” a cura esperti del World Economic Forum, dell’Università di Harvard e di quella di Berkeley dai quali risulta che purtroppo la disparità fra maschi e femmine, per quanto riguarda indicatori come istruzione e salute, in Italia non è cambiata affatto rispetto all’anno scorso, perché siamo e rimaniamo ancora al 74esimo posto, dopo paesi come il Burundi, il Mozambico e il Bangladesh.
Anche nei finanziamenti alla ricerca purtroppo sono emerse differenze di genere, come si può constatare in questo articolo di Rossella Palomba che riporta i risultati del rapporto della Commissione Europea (Gender Challenge in Research Funding) del 2009. Rossella Palomba è autrice di un libro fondamentale sull’argomento: “Figlie di Minerva. Primo rapporto sulle carriere femminili negli enti pubblici di ricerca italiani” e pubblicherà quest’anno un testo indirizzato a chi intende intraprendere la carriera scientifica dal titolo “Guida pratica per ragazze in gamba”, che «a partire dai dati sulla situazione attuale dei ricercatori e delle ricercatrici italiane e europee, illustra i meccanismi (formali e informali) che regolano le carriere all’interno del mondo scientifico e dà alcuni consigli pratici su come sopravvivere al suo interno. Ogni capitolo presenta anche una storia raccontata da una ricercatrice su come e perché si è avvicinata a questo mestiere, in che modo vi ha preso parte ed è riuscita (o non è riuscita) a far carriera».

Libri per lavorare in classe

 
Visto che ho iniziato a parlare di libri, continuo a farlo: come non citare infatti Monica Marelli? Autrice dell’ironico e istruttivo “La fisica del tacco 12” ha pubblicato ancora sull’argomento “La fisica delle ragazze” che ho comperato già da qualche mese e che non ho ancora avuto il tempo di leggere (sic!). Ma lo farò a breve, prima di tutto per mio piacere, ma anche perché terrà una conferenza nel mio liceo ad aprile proprio sull’argomento “donne e scienza” e poi perché voglio sfruttarlo in classe. I suoi libri sono proprio un utile strumento didattico: li do da leggere ormai da alcuni anni ai miei studenti e gettano sempre ottimi frutti. Dirò di più: li leggono anche i genitori e mi ringraziano! Anche quest’anno i miei studenti faranno approfondimenti e piccole lezioni ai loro compagni basandosi sui suoi testi.

Un altro libro molto interessante e utile è “Scienziate d’Italia” a cura di Elisabetta Strickland, professore ordinario di Algebra all’Università “Tor Vergata” di Roma, che nel 2007 è stata la prima donna nominata vicepresidente dell’Istituto nazionale di alta matematica. “Scienziate d’Italia” raccoglie diciannove biografie di donne che hanno lavorato e lavorano nel mondo della ricerca scientifica. Istruttivo e ad ampio raggio, perché non parla solo di fisiche, astronome o matematiche, ma anche di botaniche, geologhe, chimiche…

Sempre di taglio biografico e con un ampio lavoro di storia della scienza, è inoltre il saggio di Raffaella Simili “Sotto falso nome. Scienziate italiane ebree 1938-1945” che raccoglie le testimonianze personali e professionali di tante scienziate italiane costrette a subire le leggi razziali del 1938. In ogni capitolo si narrano ad una ad una le vite di scienziate che furono espulse da scuole, università, accademie, società, enciclopedie e da qualsiasi altra impresa culturale, e che furono deportate nei lager nazisti oppure dovettero esiliare e fuggire in altri paesi, nascoste sotto falsi nomi.

A proposito di donne che sarebbero – chi lo sa – potute diventare scienziate e invece hanno avuto la vita negata, vi segnalo un libro appena uscito in libreria: “Mai nate” di Anna Meldolesi, giornalista scientifica della rivista Darwin, che scrive anche su Nature Biotechnology e autrice del libro “Organismi genericamente modificati”. Ecco una recensione di Gilberto Corbellino, storico della medicina: «Tutti gli studi empirici, in ambito antropologico, sociologico e psicologico, dimostrano che nelle società in cui le donne acquisiscono maggiore autonomia e potere decisionale si riduce la violenza e aumenta ricchezza, salute, felicità ed eguaglianza. Anna Meldolesi dimostra che presso le popolazioni asiatiche (ma anche presso altre culture) che stanno assumendo il controllo economico del pianeta persistono pratiche arcaiche di selezione del sesso ai danni delle donne, che non solo producono una inaccettabile ingiustizia e un pericoloso squilibrio nel rapporto naturale tra i sessi, ma privano le società della capacità di evolvere verso livelli di eguaglianza sociale ed economica tipici di sistemi democratici modernamente civili. Il libro è una lettura imprescindibile se si vuole capire, al di là di spiegazioni di comodo, e di denunce e appelli umanitari largamente inefficaci, le basi evolutive e antropologiche di un fenomeno che mette a rischio, con le potenziali minacce che ne conseguono, le aspettative di transizione o evoluzione in senso democratico e liberale degli imperi economici emergenti»
Link: 

• Margherita Hack “I contributi delle donne alla scienza: ieri e oggi” a cura del gruppo astrofili Hipparcos di Roma
• Un file in pdf con materiale relativo alla mostra “Nobel Negati alle Donne di Scienza”
• Il sito web del concorso per gli studenti “Donne e fisica: un mestiere possibile” indetto nel 2005, in occasione dell’anno mondiale della fisica, che raccoglie tantissime  interviste a ricercatrici e scienziate per “raccontare alle ragazze che stanno per decidere quale corso di studi intraprendere l’esperienza di altre donne che grazie a passione, entusiasmo, determinazione e impegno si sono realizzate professionalmente nel campo della Fisica.” 
• Articolo di Linx Magazine del 6 aprile 2009 “Per superare il gap” : come si possono incentivare ragazzi e ragazze a intraprendere carriere scientifiche? Ecco le riflessioni e le proposte elaborate nel corso del progetto europeo Gapp, nel racconto di due tra gli esperti che vi hanno preso parte.
• Un altro mio post del 2008 sull’argomento
• Dulcis in fundo, il testo integrale dei Dialoghi sopra l’ottica newtoniana di Lorenzo Algarotti (del quale avrò sicuramente ancora occasione di parlare!)

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È bello sapere che la propria scuola contribuisce alla riduzione delle emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera grazie a un impianto di moduli fotovoltaici installati sul proprio tetto. In particolare, quello del mio liceo è costituio da 504 moduli in silicio policristallino, che dal 25 maggio 2011 ha già evitato più di 38 000 kg di CO2. Inoltre l’impianto produce energia elettrica che permette di sopperire a quasi il 73% del fabbisogno annuale del nostro edificio, con un notevole risparmio anche in termini economici, tenendo presente che parte dell’energia prodotta viene immessa anche nella rete elettrica esterna alla scuola.
Le autorità hanno inaugurato il piano della provincia di Varese, che prevede una produzione di energia elettrica di 4 247 989 Kwh all’anno con una conseguente riduzione di emissioni di CO2 di 2463, 83 tonnellate annuali e una riduzione dei costi di gestione del 47,39 %. Oltre all’installazione degli impianti fotovoltaici, sono in cantiere nuove scuole, come il liceo artistico di Busto Arsizio, che sarà un vero e proprio edificio a impatto zero, termoisolato, con una centrale geotermica e pannelli solari per la produzione di acqua calda e con un elevato utilizzo di materiali ecocompatibili.

In tutta Italia si stanno realizzando progetti analoghi, da Roma a Milano a Taranto, passando per Vicenza, Trapani, San Benedetto…
Tante iniziative, insomma: basta vedere i tanti video su youtube delle inaugurazioni degli impianti nelle scuole!

Attività in classe e link

• Ho trovato lo schema delle discipline coinvolte in riferimento al fotovoltaico, che potete leggere qui sopra, in un file in pdf dell’ing. Salvatore Castello dell’Enea, realizzato per il progetto Il sole a scuola; il file contiene un’ottima relazione di quasi settanta pagine sull’argomento. Nella seguente pagina web che si riferisce sempre al progetto, potete trovare altri materiali teorici che spiegano brevemente i concetti fondamentali.
• Nellapagina web intitolata “Calcolo di un impianto fotovoltaico di una scuola” c’è un ulteriore approfondimento realizzato dagli studenti della scuola secondaria di I grado “Giovanni XXIII” di Varano Borghi (Va).
• L’associazione Paea  (Progetti Alternativi per l’Energia e l’Ambiente) propone attività per le scuole e kit didattici
• Le attività di laboratorio sono un’ottima strada per studiare il fotovoltaico. Cito solo due casi esemplari, quello degli studenti dell’ITI Majorana di Grugliasco (To) che hanno costruito una barca alimentata da moduli fotovoltaici e quello degli studenti dell’Itis e Liceo Tecnologico “Einstein” di Roma che hanno realizzato una cella di Graetzel al mirtillo (tutti i particolari su questo video)

YouTube Direkt

• Altre informazioni sulle celle fotovoltaiche in un post di lineediscienza del 2009

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