L’argomento dell’ultimo lavoro, pubblicato lo scorso 24
novembre sui Proceedings of the National
Academy of Science (PNAS), sembra molto tecnico, perché riguarda “la
deformazione e la rottura di gusci curvi di cristalli colloidali”.
Ma quello
che Stefano Zapperi, fisico, vincitore di un grant ERC (European Research
Council) e direttore del nuovo Center for Complexity & Biosystems
(CC&B) dell’Università Statale di Milano, e i suoi colleghi (nell’occasione
Carlotta Negri, Alessandro Sellerio e la spagnola Carmen Miguel dell’Università
di Barcellona) cercano è qualcosa che va oltre il tema specifico: una teoria
generale della deformazione e della rottura di ogni e qualsiasi sistema, sia
esso un sottilissimo foglio di grafene (spesso quanto un solo atomo di
carbonio) o un ponte come quello della Baia di
Tsingtao , in Cina, che con i suoi 41,58 chilometri è, probabilmente, il più
lungo del mondo.
Un tema, questo della deformazione e della frattura dei
materiali, che ha interessato i primi grandi ingegneri dell’Europa
rinascimentale, da Vannoccio Biringuccio a Leonardo Da Vinci (tra i più grandi
artisti di ogni tempo). E che ha avuto in Galileo Galilei il primo teorico. Il
toscano ha proposto una sua teoria quantitativa della deformazione e della
rottura nel suo capolavoro scientifico, i Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due
nuove scienze, pubblicato lontano dall’Italia, a Leida, nel 1638
quando Galileo era da sei anni agli arresti domiciliari di Arcetri dopo la
condanna del 1633 da parte della Chiesa di Roma.
Da allora i progressi nella scienza degli oggetti tangibili
sono stati molti, ma ancora non abbiamo raggiunto l’obiettivo di Galileo: non
abbiamo una teoria generale della deformazione e della rottura dei materiali.
La sfida è più che mai attraente, per un fisico. Ed è per questo che da molti
anni costituisce il cuore degli studi del fisico teorico Stefano Zapperi,
ricercatore del Dipartimento di Fisica dell’Università Statale di Milano, che
nel 2011 ha vinto un ERC Advanced grant proprio
per studiare la risposta dei materiali (dei più diversi materiali) a forze
esterne che li deformano e li portano a rottura. «Sono sempre stato affascinato – spiega – dal fatto che i
materiali si rompono per i motivi più differenti alle scale più diverse». Già,
perché una cosa è la rottura di un film di grafene sottoposto a qualche forza
esterna, altra è la rottura di un ponte. In definitiva, gli eventi di rottura
possono essere semplici o complessi. E l’interesse di Zapperi, come quello di
Galileo, è cercare una legge generale tra tanta diversità. Ammesso che esista.
La ricerca di una teoria della deformazione e della rottura
dei materiali si inquadra, dunque, nella più generale ricerca sui sistemi
complessi. È per questo che Zapperi ha messo su e dirige a Milano il
giovanissimo ma già brillante Center for Complexity & Biosystems (CC&B).
Il Centro non si occupa solo di materiali, ma dei sistemi
più diversi: dagli organismi biologici alle dinamiche sociali. Chi volesse
saperne di più, oltre a consultare il sito, può regalarsi la visione di una
serie di video.
Ma è importante cercare di afferrarne anche la filosofia generale, che è
intrinsecamente interdisciplinare. Per questo abbiamo rivolto a Stefano Zapperi
alcune domande.
Direttore, quando lei
parla di complessità cosa intende?
La caratteristica dei sistemi complessi è quella di mostrare
delle proprietà macroscopiche che emergono dalle interazioni tra tanti oggetti
elementari e non dai dettagli particolari di ogni oggetto. L’altra
particolarità dei sistemi complessi è quella di avere un comportamento
collettivo auto-organizzato che avviene spontaneamente. I sistemi complessi ci
circondano e il loro studio abbraccia tutti i campi del sapere, pensiamo ad
esempio ai sistemi viventi, dalla singola cellula all’organismo fino alla
società, ma anche ai materiali disordinati, auto-assemblati e biomimetici,
e infine alle reti informatiche.
Qual è allora il suo approccio allo studio
dei sistemi complessi?
Abbiamo creato il Centro per la Complessità e i Biosistemi
per affrontare le sfide poste dai sistemi complessi in modo interdisciplinare.
Il modo migliore per capire come lavoriamo è venire ad uno dei nostri meeting
del centro. Il problema scientifico viene discusso insieme da biologi, fisici e
informatici che si siedono intorno ad un tavolo e progettano insieme gli studi.
In questo modo rompiamo lo schema tradizionale che vede ciascuno intento a
proteggere il proprio settore disciplinare. Per far questo occorre mettere in
gioco le proprie conoscenze essendo pronti a prendere sul serio anche il punto
di vista di chi proviene da un campo completamente diverso.
C'è una tradizione italiana in questi
studi?
Lo studio dei sistemi complessi in Italia è stato portato
avanti per anni da fisici come Luciano Pietronero che, tornato a Roma
dall’Olanda, ha fondato l’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR, e Mario
Rasetti che di ritorno da Princeton ha creato la Fondazione ISI a
Torino. Un altro italiano è oggi una figura chiave nella scena
internazionale dei sistemi complessi, Alessandro Vespignani, membro del
comitato di indirizzo del nostro centro
e professore alla Northeastern University di Boston. Vespignani è legato direttamente a questa tradizione
perché come me è stato allievo di Pietronero e lavora con la Fondazione
ISI, di cui è stato per anni il direttore scientifico. Il nostro centro
all’Università di Milano vuole sviluppare questa tradizione per formare una
nuova generazione di ricercatori interdisciplinari che siano capaci di affrontare
i sistemi biologici in modo nuovo, affiancando agli esperimenti l’analisi
quantitativa di grandi quantità di dati e lo studio di modelli teorico-computazionali
predittivi.
Veniamo al nocciolo della
questione: esistono leggi generali della complessità che coinvolgono sia
sistemi viventi che non viventi (oltre le leggi note della fisica e della
chimica)? Al limite, esiste una legge generale della complessità?
È chiaro che le leggi della fisica e della chimica sono alla
base della nostra comprensione della natura. Ma la questione ancora da
risolvere è come combinare le leggi che regolano il comportamento dei mattoni
elementari e spiegare il comportamento emergente di un sistema complesso, come
una cellula o un organismo.
Probabilmente non esiste una singola teoria che descrive
tutto, ma esistono sicuramente delle leggi universali che si applicanoa tanti
fenomeni diversi. Scoprire queste leggi è l’obiettivo del nostro centro.
