DALL’ATOMO ALL’INTELLIGENZA ARTIFICIALE, DALLA FORZA DI GRAVITÀ AL DNA… COME LA SCIENZA HA MODELLATO IL MONDO FREYA SARAdisegniHARDYdiMULVANNY
Freya Hardy Il libro delle grandi idee della scienza disegni di Sara Mulvanny traduzione dall’inglese di Luisa Doplicher ISBN 978-88-3624-733-2 Prima edizione italiana settembre 2022 ristampa 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 anno 2026 2025 2024 2023 2022 © 2022 Carlo Gallucci editore srl - Roma Titolo dell’edizione originale inglese: The Book of Big Science Ideas © 2019 Quarto Publishing plc - Londra, UK Pubblicato per la prima volta nel 2019 da Ivy Kids, un marchio di Quarto Group - Londra, UK Testo © 2019 Freya Hardy & AQUILA Magazine Disegni © 2019 Sara Mulvanny e il logo sono marchi registrati Se non riesci a procurarti un nostro titolo in libreria, ordinalo su: Scritto, disegnato e impaginato in Europa. Stampato in Cina L’acronimo (Science, Technology, Engineering and Mathematics) indica l’insieme dei saperi cruciali per l’innovazione e lo sviluppo. Chiamiamo libri STEM i testi di narrativa o non-fiction pensati per accrescere le conoscenze dei ragazzi in queste discipline e per abbattere lo steccato che in Italia ancora separa la cultura scien tifica e quella umanistica.Il marchio FSC® garantisce che questo volume è realiz zato con carta proveniente da foreste gestite in maniera corretta e responsabile e da altre fonti controllate, secon do rigorosi standard ambientali, sociali ed economici. L’FSC® (Forest Stewardship Council®) è una Organizza zione non governativa internazionale, indipendente e senza scopo di lucro, che include tra i suoi membri gruppi ambientalisti e sociali, proprietari forestali, industrie che lavorano e commercia no il legno, scienziati e tecnici che operano insieme per migliorare la gestione delle foreste in tutto il mondo. Per maggiori informazioni vai su https://ic.fsc.org/en e https://it.fsc.org/it-it Tutti i diritti riservati. Senza il consenso scritto dell’editore nessuna parte di questo libro può essere riprodotta o trasmessa in qualsiasi forma e da qualsiasi mezzo, elettronico o meccanico, né fotocopiata, registrata o trattata da sistemi di memorizza zione e recupero delle informazioni.
LE PARTICELLE CARICHE CREANO L’ELETTRICITÀ . 48–51 I COMBUSTIBILI FOSSILI FINIRANNO . 52–55 LE MACCHINE RISOLVONO I PROBLEMI? . 56–59 L’INFORMAZIONE È PREZIOSA . APPRENDONO60–63LEMACCHINE?.64–67GRANDIIDEEDELFUTURO . 68–69 ALTRI GRANDI PENSATORI DA SCOPRIRE . 70–71 CRONOLOGIA DELLE GRANDI IDEE DELLA SCIENZA . 72–75 GLOSSARIO . 76–80IndiceCATALOGARELAVITA.28–31TUTTOÈFATTODIATOMI.8–11LESPECIEMUTANONELTEMPO.32–35CATALOGAREGLIELEMENTI.12–15IBATTERICAUSANOMALATTIEINFETTIVE.36–39TUTTOGIRAATTORNOALSOLE.16–19 TUTTO È NEI GENI . 40–43 CIÒ CHE VA SU... DEVE TORNARE GIÙ! . 20–23 L’ENERGIA NON SI CREA NÉ SI DISTRUGGE . 44–47 2 GRANDEidea 1 GRANDEidea SIL’UNIVERSOESPANDE . 24–27 A CHE COSA SERVONO LE IDEE? . 4–5 IL METODO SCIENTIFICO . 6–7 3 GRANDEidea 4 7 8 9 GRANDEidea GRANDEideaGRANDEideaideaGRANDE 5 GRANDEidea 6 GRANDEidea 10 GRANDEidea 11 GRANDEidea 12GRANDEidea 13ideaGRANDE 14 GRANDEidea 15 GRANDEidea
LE IDEE SONO POTENTISSIME, ANCHE QUELLE SCIOCCHE. SONO IMPORTANTI. CAMBIANO IL MONDO.
Una sola idea può far scoppiare una guerra, salvare milioni di vite o fare altrettante vittime, scompigliare il mondo o anche solo far ridere qualcuno a crepapelle. Può succedere che le idee siano davvero convincenti ma clamorosamente sbagliate, o giuste al di là di ogni dubbio eppure del tutto ignorate!
Questo libro esamina 15 grandi idee di scienza. A ciascuna sono dedicate quattro pagine: le prime due spiegano l’idea e le altre due presentano alcuni pensatori ingegnosi che hanno contribuito a formularla. Le parole difficili, in grassetto, sono definite nel glossario. Ogni idea e ogni pensatore di questo libro possono insegnarci molte cose, non solo sulla scienza: ci fanno capire che la tenacia è fondamentale e che vale proprio la pena di essere curiosi e interessati al mondo.
A che cosa servono le idee?
Dai uno sguardo alla pagina accanto per un’anteprima degli insegnamenti che riceverai!
10. Alcune idee si possono descrivere solo come assurdità.
Mary non(Grande(Grande(GrandeAnningidea7),AdaLovelaceidea13)eIsaacAsimovidea15)eranoscienziati,mahannoresopossibiligrandi scoperte scientifiche.
4. A volte è importante difendere le tue idee, anche se gli altri non le approvano per niente.
6. A volte bisogna svolgere degli esperimenti e sporcarsi le mani per dimostrare un’ipotesi.
Anassimandro, convinto che gli esseri umani nascessero dai pesci (Grande idea 7), e Benjamin Franklin, che intendeva mandare un aquilone nelle nuvole temporalesche (Grande idea 11), ebbero idee piuttosto eccentriche.
Charles Darwin e Alfred Russel Wallace entrambiebberol’ideadell’evoluzione (Grande idea 7).
8. Bisogna ricordare che le grandi idee sono quasi sempre opera di molti pensatori diversi.
1. Non importa quanto tu sia intelligente o quanto ti sembri geniale la tua idea: chiunque può sbagliarsi. Si possono sempre imparare cose nuove.
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2. Può succedere che due persone abbiano la stessa idea in contemporanea.
Dmitrij completarla(GrandeMendeleevidea2)creòlatavolaperiodica,mainseguitoperaggiornarlaesonointervenutimoltialtrichimici,comeMarie Curie.
5. Spesso le grandi idee rimangono incomprese a lungo, ma in genere prima o poi la storia attribuisce il merito a chi aveva ragione.
Niccolò metterlosuasapevaCopernicochelaideapotevainpericolodivita,malapubblicòlostesso,ancheseaspettò fino alla fine dei suoi giorni! (Grande idea 3)
7. Si può partire da un’idea corretta eppure giungere a conclusioni sbagliate.
3. Per quanto un’idea sembri esatta e sia migliore di quelle già in circolazione, può capitare che venga smentita.
10 COSE CHE IMPARERAI IN QUESTO LIBRO:
Le ricerche di Rosalind Franklin sul DNA cometempo,dimenticatefuronopermoltomaoggiriconosciamosostanzialeilsuocontributo (Grande idea 9).
9. Non è necessario essere scienziati per avere grandi idee scientifiche.
Friedrich Miescher (Grande idea 9) esaminò bende intrise di pus per capire meglio la biologia umana. Non sarà piacevole!stato
5.
CHE COS’È IL METODO SCIENTIFICO ?
CHE COS’È ESATTAMENTE LA SCIENZA ? Questa domanda potrebbe farti venire in mente un chimico con in mano una provetta fumante. Oppure una geologa che si arrampica sui vulcani, o un informatico che scrive programmi per il computer. Magari immaginerai fisici che discutono di leggi ed equazioni complicate. La scienza, essenzialmente, consiste nello studio dell’universo. Non esiste scienza senza il metodo scientifico. Non usiamo il metodo scientifico da SEMPRE. Anzi: molti grandi pensatori di questo libro sono giunti alle loro conclusioni basandosi su pensieri o sensazioni e su esperimenti approssimativi. Ma non giudicarli con troppa severità: ogni idea stramba o teoria fondata su poche osservazioni ci ha aiutato a capire qualcosa e ha contribuito al progresso scientifico. Nella scienza, essere smentiti o contraddetti non è un problema! Se conoscessimo già tutte le risposte, non potremmo produrre grandi idee NUOVE! Non sarebbe granché allettante, non trovi?
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Il metodo scientifico
Il metodo scientifico è il procedimento, costituito da diverse fasi, con cui gli scienziati esaminano le idee. È possibile usarlo a prescindere da ciò che si studia: comodissimo! Ma soprattutto è un metodo prezioso perché garantisce che qualsiasi scoperta (o risposta) si basi su evidenze sperimentali (criteri misurabili). Le evidenze sperimentali sono CRUCIALI per produrre ricerche Levalide.fasi principali sono le seguenti: 1. Ricerche fai osservazioni 2. Domande formula domande sulle tue ricerche 3. Ipotesi immagina teorie o previsioni sulle tue ricerche 4. Esperimenti verifica le tue teorie Analisi studia le evidenze raccolte con gli esperimenti 6. Conclusioni presenta e argomenta i risultati.
È estate e fa molto caldo, decidi allora di bere un bel bicchiere d’acqua fresca con dentro un grosso cubetto di ghiaccio. Ti accorgi che il cubetto si scioglie...
DOMANDERICERCHE
ESPERIMENTIIPOTESI
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Fai allora una previsione: “Penso che nell’acqua i cubetti di ghiaccio si sciolgano più rapidamente che in altri liquidi freddi”.
PRONTI, PARTENZA, VIA ALL’ESPERIMENTO!
Quando tutti i cubetti si sono sciolti e per ciascuno hai annotato il tempo necessario (oltre a esserti scolato quattro bicchieri di liquido gelido), puoi iniziare a studiare ciò che hai
ANALISICONCLUSIONI
Decidi di verificare la tua teoria. Provi a immergere un cubetto di ghiaccio in un bicchiere d’acqua e misuri quanto tempo impiega a sciogliersi. Poi ripeti l’esperimento, usando prima il latte, poi il succo d’arancia (senza polpa!) e infine la limonata. Ogni volta rimangono uguali il bicchiere che usi, le dimensioni del cubetto di ghiaccio, la temperatura della stanza e la quantità di liquido nel bicchiere: sono le cosiddette “variabili di controllo”. Lo scioglimento del cubetto di ghiaccio è il fenomeno che stai osservando: si chiama “variabile dipendente”. L’unica cosa che cambia ogni volta è il liquido in cui immergi il cubetto: lo chiamiamo “variabile indipendente”.
Ecco un esempio di come utilizzare il metodo scientifico...
Guardandolo ti chiedi: “I cubetti di ghiaccio si sciolgono così in fretta anche quando sono immersi in altri liquidi?”
Finalmenteriscontrato.puoigridarlo ai quattro venti: hai la risposta! (Non ti roviniamo la sorpresa, dovrai arrivarci tu!)
1 GRANDEidea
Tutto è fatto di atomi
La Grande idea che tutto è fatto di atomi si chiama teoria atomica Il termine “atomo” viene dalla parola greca átomos, che significa “indivisibile”. Un tempo era un nome azzeccato, perché si pensava che gli atomi fossero le particelle più piccole che esistono. L’atomo è piccolissimo – pensa che questo puntino “.” è circa 10 milioni di volte più grande! – ma in realtà è formato da altre particelle ancora più piccole, di tre tipi diversi: i protoni, i neutroni e gli elettroni
Elementi nel corpo umano: IdrogenoCarbonioOssigeno Tutto è fattoatomi!acquadizuppa
CHE COS’È ESATTAMENTE L’ATOMO ?
Esistono vari tipi di atomi, diversi per il numero di protoni, neutroni ed elettroni che contengono e per la loro disposizione.
DI CHE COSA È FATTO IL MONDO ? Questo enigma ci ha lasciati perplessi per secoli. Secondo alcuni la risposta era l’acqua. Altri pensavano che ci fossimo evoluti da una specie di zuppa cosmica nota come “brodo primordiale”. Oggi sappiamo che i mattoncini che formano ogni cosa sono gli atomi. Questo libro, tu, i gelati... tutto quanto è fatto di atomi.
GLI ATOMI SONO TUTTI UGUALI ?
Ogni tipo di atomo corrisponde a un elemento (sostanza pura costituita, appunto, da un solo tipo di atomo). L’ossigeno, l’idrogeno, l’elio e il carbonio, per esempio, sono elementi. Combinando gli atomi si formano le molecole. Qualsiasi oggetto contiene tante molecole che servono moltissimi atomi per costituirlo. L’essere umano medio contiene quasi 7 miliardi di miliardi di miliardi di atomi! Moltiplicali per i 7 miliardi di esseri umani viventi sulla Terra e per tutto il resto nell’universo: il numero di atomi totale è davvero sbalorditivo. AltriAzoto
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Al centro dell’atomo c’è il nucleo, che contiene i protoni e i neutroni. Tutto attorno ci sono i livelli energetici, con un certo numero di elettroni su ciascun livello. Ecco la struttura di un atomo di carbonio: Questo è un livello energetico. Tutti gli elementi che conosciamo contengono tra uno e sette livelli energetici. I neutroni non hanno carica: sono neutri.
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LA STRUTTURA DEGLI ATOMI Nucleo
I primi atomi si formarono circa 380mila anni dopo il Big Bang.
Gli negativahannoelettroniunacaricaparia-1.Iprotonihanno una carica positiva pari a +1. Il totale dei protoni nell’atomo è detto atomitavolaatomico.numeroNellaperiodicaglisonodispostisecondoilnumeroatomico.
10 chiedoEhm...scusa? Èluiche l’ha immaginata!
pensatorigrandi1 idea
Ai tempi dell’antica Grecia, Democrito fu uno dei primi a ipotizzare che tutta la materia fosse composta di particelle indivisibili dette atomi.
• Tutti gli elementi sono fatti di atomi.
Ora che conosciamo gli atomi, guardiamo come ebbe inizio e si sviluppò la Grande idea che li riguarda. Nel corso dei secoli molte persone hanno contribuito alla comprensione degli atomi.
JOHN 1766–1844DALTON
Pensava che gli atomi fossero dotati di un certo peso, forma e dimensioni. Credeva inoltre che avessero qualità simili alle sostanze che formavano: gli atomi di ferro sarebbero ferrosi, quelli di argilla mollicci e quelli di marmellata... dolci! Il suo rivale, Aristotele, non era d’accordo. Era infatti convinto che tutto fosse formato da terra, acqua, aria e fuoco. La gente credette ad Aristotele, e l’idea degli atomi rimase ignorata per circa due millenni.
• Gli atomi non si possono dividere, creare né distruggere.
GRANDE
• Gli atomi di ogni elemento sono identici tra loro e specifici di quell’elemento.
I
• Gli atomi di elementi diversi formano combinazioni specifiche: i composti chimici. Èluichel’hadimostrata!
Ecco quattro pensatori che hanno aiutato a elaborare la teoria atomica. ca.DEMOCRITO460-370a.C.
John Dalton era un chimico britannico di famiglia tanto povera che a dieci anni dovette interrompere gli studi scolastici. Ciononostante, in seguito riuscì a porre le basi delle conoscenze attuali sugli atomi. Il chimico irlandese William Higgins sostenne di aver elaborato la teoria atomica prima di Dalton. In effetti è probabile che il libro di Higgins sull’argomento abbia influenzato il suo rivale Dalton.
Secondo la teoria atomica di Dalton:
È lui chel’haperfezionata! Èluiche l’ ha s v iluppata!
Ernest Rutherford era un fisico neozelandese. Nel 1911 pubblicò i risultati di una serie di esperimenti svolti con i colleghi Hans Geiger ed Ernest Marsden. I tre scoprirono che le cariche positive dell’atomo sono concentrate nel centro (che Rutherford chiamò “nucleo”), mentre gli elettroni sono a una certa distanza. Questa scoperta smentì il modello dell’atomo proposto da Thomson e portò la comunità scientifica ad adottare la struttura più nota oggi (vedi pagina 9).
Il “grande collisore di adroni” (Large Hadron Collider, LHC) è un enorme acceleratore di particelle sotterraneo che si trova al CERN, in Svizzera. Serve a far scontrare fasci di particelle (come i protoni) in modo da studiare i risultati con lo scopo di chiarire alcuni problemi insoluti della fisica.
Qualche anno dopo, nel 1917, Rutherford diresse il primo esperimento che spaccò l’atomo (dimostrando quindi che non era indivisibile, come aveva creduto Democrito). Diede anche il nome a un’altra particella subatomica: il protone.
ERNEST1871–1937RUTHERFORD
J.J. 1856–1940THOMSON
Nel 1897 il fisico britannico J.J. Thomson fece una scoperta che rivoluzionò le nostre convinzioni sugli atomi. Identificò l’elettrone, la prima particella subatomica (cioè più piccola dell’atomo), e dimostrò quindi che gli atomi non erano le particelle più piccole esistenti. Descrisse l’atomo come una sorta di panettone o, se preferisci, un biscotto con gocce di cioccolato. Elettroni Modello dell’atomo di Thomson Sfera di materia positivamentecarica
Le macchine pensano? E perché se lanciamo qualcosa in aria ricade giù? Grazie alla scienza, possiamo rispondere a molte fondamentali domande.
Questo libro esamina 15 grandi idee scientifiche e più di 50 ingegnosi pensatori che hanno contribuito a plasmare la nostra comprensione dell’universo. Le idee sono potentissime, non solo quelle geniali, perché possono cambiare il mondo. E non è necessario essere degli scienziati, anche tu puoi avere grandi idee! daiConsigliato10ai99anni
