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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 1 - 15 gen 2020
ISSN 2037-4801

Focus - L'inizio  

Cultura

La genesi dei modelli scientifici

L'evoluzione della scienza può essere vista come una discussione o dibattito tra esperimenti e teorie. Gli esperimenti chiedono, le teorie rispondono e fanno ulteriori domande, gli esperimenti danno ancora risposte e domande, e così via. Per agevolare questo dibattito sono cruciali i modelli scientifici. Un modello è una rappresentazione di un fenomeno (o di una famiglia di fenomeni) in una forma che sia più comprensibile e manipolabile del fenomeno stesso. Grazie ai modelli, la teoria scientifica formula più facilmente nuove domande e interpreta meglio le risposte degli esperimenti. È facile che un modello trascuri dei dettagli del fenomeno, ovvero tutto quello che allo scienziato pare inessenziale. Si ha quindi una rappresentazione imperfetta ma più semplice del fenomeno. Questo bilancio tra imperfezione e semplicità è delicato: sono inutili sia i modelli troppo perfetti, sia quelli troppo semplici.

La storia della scienza è costellata di modelli. Ve ne sono pochissimi molto generali e basati su principi primi (ad esempio la meccanica classica o la meccanica quantistica), la cui genesi è interessante ma poco rappresentativa della pratica scientifica più comune. Invece, sulla maggior parte delle lavagne e nei laboratori degli scienziati, ogni giorno prendono vita piccoli modelli adatti a un ristretto numero di fenomeni. La genesi di questi modelli è un continuo mescolarsi di intuizione, conoscenza della letteratura esistente e che offre un grande catalogo di esempi a cui attingere, deduzione rigorosa nonchè, ovviamente, anche fortuna, la cosiddetta serendipità.

Un esempio di questa affascinante pratica ce lo dà il fondatore e primo presidente del Consiglio nazionale delle ricerche, il matematico e fisico Vito Volterra (nella foto), autore di un famoso modello per un ecosistema semplificato, costituito da una popolazione di predatori e da una di prede, per esempio pesci grandi e pesci piccoli. Il modello, un sistema di due equazioni non-lineari, predice un fatto non intuitivo, e cioè che se si eliminano nelle stesse proporzioni sia prede che predatori, (ad esempio aumentando la pesca), sul lungo termine i predatori diminuiscono rispetto alle prede. Viceversa, se si riduce la pesca, favorendo tutte le specie, sono i predatori che si avvantaggiano a spese delle prede. La genesi di questo modello è curiosa. Il genero di Volterra, il zoologo D'Ancona, aveva scoperto che la proporzione di pesci predatori rispetto agli altri pesci nel Mare Adriatico era aumentata durante la prima Guerra mondiale e poi nuovamente diminuita.  La pesca nei mari coinvolti dalle operazioni belliche si era fortemente ridotta nei confronti di tutte le specie ittiche e questo rendeva questa osservazione piuttosto misteriosa. D'Ancona quindi si rivolse al suocero per avere una sua opinione e Volterra, pensando per analogia con altri sistemi sia fisici che chimici, inventò il modello che diventò una pietra miliare della modellizzazione in biologia matematica. Lo stesso modello, a insaputa di Volterra, era stato già pensato dal matematico e chimico statunitense Alfred Lotka.

L'incontro “La genesi dei modelli: teaoria simulazione e dati”, tenutosi nello scorso novembre presso l'Accademia dei Lincei, nella splendida cornice della Sala delle Scienze fisiche di Palazzo Corsini, ha visto una notevole partecipazione di pubblico, con un'attiva discussione delle approfondite relazioni, di esperti di diverse discipline - dalla materia condensata alla matematica applicata, dalla geofisica alla filosofia della scienza - in merito a vari aspetti, sia tecnici che concettuali, della costruzione e dell'uso di modelli. Tra i numerosi interventi, quello del presidente dell'Accademia, Giorgio Parisi, che a fine del convegno ha offerto un approfondito sguardo d'insieme, ricordando come il termine “modello” possa intendere cose molto diverse: da un'equazione a una simulazione numerica. Ad esempio, in biologia, un topo geneticamente modificato in modo da potersi ammalare di una certa malattia è considerato, dai ricercatori del campo, un modello.

Andrea Puglisi

Fonte: Andrea Puglisi, Istituto dei sistemi complessi, tel. 06/49913491 , email andrea.puglisi@isc.cnr.it -