Testi: Agnese Sonato
Illustrazioni: Paolo Gallina
Progetto grafico: Studio Link
www.editorialescienza.it www.giunti.it
© 2023 Editoriale Scienza srl via Bolognese, 165 – 50139 Firenze – Italia via C. Beccaria, 6 – 34133 Trieste – Italia
Prima edizione: gennaio 2023
Stampato in Polonia
Che cos’è la scienza? Rispondere non è certo facile! La parola “scienza” deriva da una lingua antica, il latino, e significa “conoscenza”. Potremmo dire che è proprio l’insieme di tutte le conoscenze sul mondo che ci circonda. Gli esseri umani, infatti, sono molto curiosi: cercano di capire il mondo e i suoi fenomeni e, grazie a osservazioni, ipotesi ed esperimenti, hanno cercato di darsi delle spiegazioni. La scienza è…
Perché compare l’arcobaleno? Chi ha inventato il computer? Come funziona il corpo umano? Ecco, la scienza ci aiuta a rispondere alle domande che ci facciamo tutti giorni e al tempo stesso ci rende sempre più curiosi.
Per rispondere a tutte queste domande serve metodo. Il metodo scientifico, introdotto dal grande scienziato Galileo Galilei vissuto a cavallo del ’600, prevede una domanda, la formulazione di un’ipotesi per rispondere a tale domanda, la verifica dell’ipotesi con degli esperimenti e infine la formulazione di una tesi, cioè della teoria che risponde alla domanda iniziale.
Sbagliando s’impara! E anche gli scienziati, nel corso della storia, hanno fatto degli errori da cui poi hanno tratto le teorie finali. Alcune grandi scoperte sono state fatte proprio per errore!
Per chi si occupa di scienza è molto importante anche immaginare e inventare. Senza essere creativi è difficile elaborare teorie scientifiche.
Molti grandi scienziati, infatti, erano anche artisti, come Leonardo da Vinci
Tutti possono appassionarsi alla scienza! Non importa in quale parte del mondo si vive, se si è donne o uomini, o quello in cui si crede. Il bello della scienza è anche questo!
Quali sono state le tappe fondamentali che ci hanno portato alle conoscenze scientifiche di oggi? Davvero tante. Eccone alcune che, dall’antichità ai giorni nostri, ci danno un’idea dei grandi progressi fatti. Come ti immagini i progressi futuri?
1700-1800
10 000 anni
fa circa
Si hanno le prime forme di agricoltura grazie alla domesticazione delle piante.
1590
Arriva il primo esempio di microscopio ottico.
Molti scienziati, come Michael Faraday, studiano i fenomeni elettrici. Cento anni dopo, con Thomas Edison e Nikola Tesla, l’elettricità arriva nelle nostre case.
1799
Alessandro Volta inventa la pila.
7000 anni
fa circa
I Sumeri, in Mesopotamia, inventano la ruota.
105 d.C.
Per la prima volta viene descritta la produzione della carta, in Cina.
1500-1600
Galileo Galilei formula il metodo scientifico che utilizziamo tutt’ora. Nel frattempo arrivano i primi cannocchiali grazie anche agli scienziati olandesi.
1687
Isaac Newton formula la legge sulla gravitazione universale.
1859
Charles Darwin pubblica L’origine delle specie per selezione naturale, dove è esposta la teoria dell’evoluzione.
1869
Dmitrij Ivanovič Mendeleev propone una tavola periodica degli elementi chimici, la base di quella che usiamo oggi.
1898
Marie e Pierre Curie isolano il radio e il polonio, due elementi chimici che saranno fondamentali per alcune tecniche come i raggi X.
1947
John Bardeen sviluppa il primo prototipo di transistor, una tecnologia alla base dei computer.
Nel 1961, per la prima volta nella Storia, un uomo vola nello Spazio. Si tratta del cosmonauta sovietico Jurij Gagarin. Nel 1969 l’uomo mette piede sulla Luna con il programma spaziale Apollo 11.
1962
Rachel Carson da l’avvio al primo movimento ambientalista con la pubblicazione del suo libro Primavera silenziosa
Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna ricevono il Premio Nobel per la chimica per il sistema CRISPR/Cas9 con cui si può tagliare il DNA e fare modifche specifiche al genoma di una cellula.
1903
I fratelli Orville e Wilbur Wright creano il primo mezzo che può volare grazie a un motore.
1905
Albert Einstein presenta la teoria della relatività generale, che diventerà la base per molte tecnologie future.
1953
Viene scoperta la struttura del DNA, la molecola che contiene le nostre informazioni genetiche. Il merito della scoperta va a Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, James Watson e Francis Crick.
1992
Arriva il primo smartphone.
Come contiamo i punti che abbiamo realizzato durante una partita a carte? Sommiamo quelli ottenuti in ogni giocata, giusto? E come possiamo dividerci delle caramelle se siamo in 4 amici? Dovremo contarle tutte e poi dividere il numero che otteniamo per 4. O ancora: come facciamo a sapere se abbiamo abbastanza soldi per comprare un libro? Anche qui servirà risolvere qualche operazione. Per fare tutto questo ci serve sempre una cosa: la matematica. Ti è mai capitato di usare la matematica per risolvere un problema pratico?
Se pensiamo alla parola “matematica” ci vengono in mente di sicuro i numeri, poi le operazioni che si possono fare con i numeri, la geometria, le equazioni, le tabelline… Ma la matematica è molto più di calcoli ed espressioni, e per capirlo meglio possiamo fare qualche passo indietro.
“Matematica” è una parola che deriva dalla lingua greca antica e che significa “propenso ad apprendere”. Proprio a partire dal suo nome indica quindi un ambito della scienza con cui si cerca di capire, di ottenere la conoscenza, di apprendere
qualcosa in più sul mondo che ci circonda attraverso un suo linguaggio particolare.
È nata per risolvere esigenze concrete come misurare terreni, contare, distribuire e misurare oggetti. Attraverso numeri e simboli, la matematica ha sempre cercato di fornire leggi, regole, formule e teoremi che permettono di risolvere determinati problemi.
Oggi i matematici, oltre agli studi teorici, sono impegnati in diversi campi come l’astronomia, la fisica, la meteorologia, la logistica, la medicina, l’imprenditoria...
“Il calcolo accurato è la porta d’accesso alla conoscenza di tutte le cose e agli oscuri misteri”. Così inizia il Papiro di Rhind, il più esteso documento egizio arrivato fino a noi che parla di matematica. In realtà Rhind è il cognome di Henry, l’antiquario scozzese che lo acquistò in Egitto nel 1858. Il papiro è stato invece scritto molto tempo prima, tra il 1800 e il 2000 a.C. ed è stato poi copiato dallo scriba Ahmes intorno al 1650 a.C. È una testimonianza importante dell’uso della matematica in tempi antichi. Contiene 87 problemi, divisi in gruppi, che riguardano attività di agricoltura, amministrazione, ingegneria edile. I problemi sono presentati con uno scopo didattico.
La matematica fornisce gli strumenti utili a risolvere problemi di vario tipo e lo fa attraverso un alfabeto particolare, costituito da numeri, lettere e simboli. Combinando numeri e simboli la matematica costruisce delle regole e delle “chiavi” che ci aiutano a rispondere a tante domande.
È un grande vantaggio perché numeri e simboli sono universali! Possono essere compresi da tutti e così, con la matematica, scienziati e scienziate di tutto il mondo possono scambiarsi le soluzioni che trovano ai problemi che stanno cercando di risolvere.
L’universalità della matematica non è però data solo da questo: la matematica è un linguaggio universale anche perché è la base di tutti gli ambiti scientifici. La chimica, la fisica,
l’astronomia, l’informatica, la biologia, le scienze della Terra, la medicina... tutte utilizzano la matematica per elaborare i dati che vengono raccolti e sviluppare le loro teorie.
Per arrivare a sviluppare importanti teorie matematiche che possono aiutare, per esempio, nell’esplorazione spaziale, si parte da conoscenze matematiche di base. Tabelline, semplici problemi di geometria e sistemi di equazioni magari possono non sembrarci così importanti, eppure è da lì
che tutto ha inizio: partendo dalla matematica di base e imparando a risolvere semplici problemi, inizia un lungo percorso che porta a conoscere una matematica sempre più approfondita e che, chissà, un giorno potrebbe servire a lanciare un nuovo razzo verso Marte!
Osservando la natura notiamo qualcosa di veramente curioso: alcune forme si ripetono uguali, o molto simili, in tante cose diverse. Ci hai mai fatto caso? Molte di queste forme possono essere descritte proprio grazie alla matematica!
La parola “simmetria” deriva dalla lingua greca antica e significa “con misure appropriate”. Nella storia, forme e figure simmetriche hanno sempre rappresentato qualcosa di bello, di vicino alla perfezione. Esistono diversi tipi di simmetrie che possiamo descrivere e studiare grazie alla matematica.
Una figura può avere una simmetria centrale se si ripete uguale intorno a un centro. Questo è il caso, per esempio, del fiocco di neve. Una figura può anche avere simmetria assiale se si ripete uguale da una parte e dall’altra rispetto a un’asse. Questo è il caso, per esempio, dei volti delle persone, dei musi degli animali o delle foglie.
Facendo partire, dal centro di una stella marina, cinque raggi che seguono le punte della stella, ci si accorge che ogni punta è identica e si può sovrapporre all’altra. Proprio per questo si dice che la stella marina ha una simmetria radiale Anche gli scheletri dei ricci di mare hanno una simmetria radiale e sembrano piccole opere d’arte! Possiamo poi dividere la stella marina in due parti simmetriche: questo tipo di simmetria si chiama bilaterale. Granchi, farfalle, pavoni, tigri e perfino
l’uomo: tantissimi crostacei, insetti e mammiferi hanno una simmetria bilaterale e si possono dividere perfettamente a metà.
Le api costruiscono i loro alveari unendo tra di loro celle a forma di esagono e lo fanno per avere
una struttura resistente e… non sprecare la cera!
L’esagono, infatti, è una delle figure geometriche che a parità di perimetro permette di creare una maggiore area, senza lasciare buchi tra un esagono e l’altro e quindi senza sprecare spazio e cera. Anche i fiocchi di neve al microscopio rivelano strutture e forme incredibili, e il punto di partenza è sempre l’esagono.
La spirale è una forma che troviamo molto spesso in natura anche se non ci facciamo caso. È una curva che si allontana sempre di più da un punto centrale, continuando ad avvolgersi attorno a esso. Troviamo spirali guardando il centro di una rosa, di un girasole, di alcune galassie e conchiglie…
Sono composti da una figura che, uguale a sé stessa, viene ripetuta a diverse grandezze.
La geometria frattale si ripete sia guardando l’oggetto a occhio nudo che guardandolo al microscopio. Il cavolo romano è un esempio di frattale, ma la natura ne è piena!
I frattali sono delle forme che descrivono, grazie alla matematica, moltissime strutture naturali.
Dietro alcune conchiglie si nasconde un numero particolare: 1,6180339887… Il nome di questo numero è “sezione aurea”. Si tratta del risultato di una divisione tra due lunghezze precise e si ritrova in alcuni rettangoli chiamati “rettangoli aurei”, semplicemente facendo il rapporto tra i loro lati.
La forma di alcune conchiglie richiama quella della spirale aurea, chiamata in questo modo perché è possibile costruirla in modo abbastanza preciso sfruttando la successione di Fibonacci. Leonardo Fibonacci è stato uno studioso italiano che, attraverso un gioco matematico, creò una successione di numeri che si scoprì avere un legame con la sezione aurea.
Adesso lo so!
In natura sono presenti geometrie e forme che si possono descrivere con regole e formule matematiche: esagoni, spirali, rettangoli aurei, simmetrie, frattali… Noi esseri umani, affascinati da queste geometrie, prendiamo spesso spunto da queste forme per costruire il nostro mondo: dalle opere d’arte all’architettura.
