La natura è fatta di modelli sorprendenti che possono essere descritti con la matematica. Dalle api ai vasi sanguigni, dalle felci alle zanne, la matematica può spiegare all’uomo l’affascinante mondo delle creature animali e vegetali:
La matematica è spesso descritta in questo modo, come un linguaggio o uno strumento che gli esseri umani hanno creato per descrivere il mondo che li circonda, con precisione. Ma c’è un’altra scuola di pensiero che suggerisce che la matematica è in realtà ciò di cui è fatto il mondo; che la natura segue le stesse semplici regole, più e più volte, perché la matematica è alla base delle leggi fondamentali del mondo fisico. Ciò significherebbe che la matematica esisteva in natura molto prima che gli umani la inventassero, secondo il filosofo Sam Baron dell’Australian Catholic University. “Se la matematica spiega così tante cose che vediamo intorno a noi, allora è improbabile che la matematica sia qualcosa che abbiamo creato”, scrive Baron. Invece, se pensiamo alla matematica come una componente essenziale della natura che dà struttura al mondo fisico, come suggeriscono Baron e altri , potrebbe spingerci a riconsiderare il nostro posto in essa piuttosto che goderci la nostra creatività.
Questo pensiero risale al filosofo greco Pitagora (circa 575-475 aC), che per primo identificò la matematica come uno dei due linguaggi che possono spiegare l’architettura della natura; l’altro è la musica. Pensava che tutte le cose fossero fatte di numeri; che l’Universo era ‘fatto’ di matematica, come dice Baron. Più di due millenni dopo, gli scienziati stanno ancora facendo di tutto per scoprire dove e come emergono in natura i modelli matematici, per rispondere ad alcune grandi domande, come il motivo per cui i cavolfiori sembrano stranamente perfetti. “Abbiamo trascorso molte ore a smantellare freneticamente le cimette [di cavolfiore], a contarle, a misurarne gli angoli”, scrive il matematico dell’Università di Nottingham Etienne Farcot, che ha studiato la crescita del cavolfiore nel tentativo di comprendere il meccanismo di questi “cavoli misteriosi”. I frattali sono modelli squisiti e ripetitivi che, oltre ad alcuni cavolfiori, si trovano anche nelle fronde delle felci, nei vasi sanguigni ramificati e negli anelli di Saturno. I frattali sono forme geometriche composte da copie sempre più piccole di se stesse, che creano un’ipnotizzante “auto-somiglianza” infinitamente profonda. Sebbene solo i frattali matematici o generati dal computer siano veramente frattali perfetti, la natura ci si avvicina molto. “Questi schemi ripetitivi sono ovunque in natura”, afferma il matematico Thomas Britz dell’Università del New South Wales a Sydney, in Australia. “Nei fiocchi di neve, nelle reti fluviali, nei fiori, negli alberi, nei fulmini , persino nei nostri vasi sanguigni“. Anche gli insetti sembrano seguire principi matematici:
Che lo sappiano o meno, le api costruiscono un nido d’ape esagonale in modo da produrre la maggior parte dello spazio di archiviazione utilizzando il minor numero di materiali, una teoria nota come “congettura del nido d’ape” che è stata finalmente dimostrata dal matematico americano Thomas Hales nel 1999. Alcune specie di cicale hanno anche un ciclo di vita orientato verso i numeri primi. Sciami di due specie nordamericane emergono dalle loro tane sotterranee ogni 13 o 17 anni , un trucco che secondo gli scienziati aiuta le cicale a evitare i predatori con ritmi più regolari. Non dimentichiamo i numeri “preferiti” della natura, i numeri di Fibonacci , dove ogni numero nella sequenza è la somma dei due precedenti. I numeri di Fibonacci si trovano nei semi di girasole , nelle pigne e negli ananas.
Anche le galassie a spirale e le conchiglie di nautilus imitano le cosiddette spirali auree crescendo in un rapporto logaritmico ad ogni quarto di giro. Ma anche se in natura si trovano ovunque modelli matematici, recenti scoperte suggeriscono che la connessione tra matematica e natura è ancora più profonda, in modi che stiamo appena iniziando ad apprezzare. All’inizio di quest’anno, i ricercatori hanno scoperto quella che hanno descritto come una legge della natura precedentemente sconosciuta: un modello di crescita che descrive come forme appuntite si formano ancora e ancora in natura: dai denti di squalo e le zanne di ragno ai becchi di uccelli e le corna di dinosauro.
“La diversità di animali e piante, anche, che segue questa regola è sconcertante”, dichiara il biologo evoluzionista Alistair Evans della Monash University in Australia parlando di una formula matematica soprannominata ‘alimentazione a cascata‘. “L’abbiamo trovata quasi ovunque abbiamo guardato attraverso i regni della vita: negli animali vivi e in quelli estinti da milioni di anni”. Nel 2015, gli scienziati sono stati anche lieti di trovare una formula classica per Pi – il rapporto sempre costante tra la circonferenza di un cerchio e il suo diametro – in agguato negli atomi di idrogeno. In modo indiretto, quella scoperta ci riporta all’idea che la matematica fornisce dinamiche strutturali per il mondo fisico.
