La Stampa, 6 novembre 2019
Nell’universo parallelo dei fluidi
Lo sapevate che il gusto di un gelato dipende, in parte, dalla forma dei suoi cristalli di ghiaccio? Forse vi sembrerà una di quelle informazioni da raccontare agli amici, ma badate bene: vivete in un universo in cui gran parte delle leggi che regolano la realtà così come la conoscete vi appaiono scontate. Anticamente si pensava che forme ed evoluzioni dipendessero dal comportamento di alcuni «fluidi»: l’acqua come l’aria, con i movimenti di terra e fuoco, o fisiologici, come gli «umori» di Ippocrate. Storia a parte, però, bisogna avere conoscenza dei fluidi, se vogliamo capire qualcosa delle mutazioni di cui abbiamo continue esperienze.
Per esempio: non basta infilare una «cannuccia» nelle rocce del Medio Oriente per estrarre petrolio e si sa quanto sia difficile azzeccare le previsioni del tempo o progettare un’auto perché riduca l’attrito con l’aria: è il comportamento dei fluidi (acqua, aria e soluzioni di ogni tipo, più o meno viscose) a stabilire i destini di molte variabili che vorremmo prevedere. Lo studio di questo campo, la fluidodinamica, è tra le branche più complesse della fisica. Ne sa qualcosa l’italiano Sauro Succi, ricercatore all’Istituto Italiano di Tecnologia, riconosciuto tra i più importanti scienziati delle simulazioni al computer in Europa, con l’assegnazione del Premio Berni J. Alder del Centre Européen de Calcul Atomique et Moléculaire, il Cecam. Succi è pioniere del metodo per le simulazioni «Lattice Boltzmann», metodo usato dai laboratori di ricerca. Che cosa significa? In parte l’abbiamo spiegato, con qualche esempio. Ma in altre parole è questo: serve a capire che comportamento assumono i fluidi a tutte le scale di grandezza, da quelle dei fenomeni atmosferici (centinaia di chilometri), passando attraverso quelle delle aperture alari degli aerei, di diversi metri, fino alla «porosità» di una cellula e, ancora, alle molecole che ne oltrepassano i canali, così da dare istruzioni al Dna. E siamo arrivati al miliardesimo di metro, un nanometro.
«I fluidi - spiega Succi - sono alla base della "meccanica" dell’Universo, della natura, dell’uomo: conoscere come si comportano significa controllare i comportamenti della maggior parte di ciò che vorremmo esplorare, ma è tutt’altro che semplice: a seconda della scala di grandezza i fluidi assumono comportamenti diversi e per ogni caso siamo obbligati a progettare e risolvere equazioni differenti». Tornando agli esempi, prendiamo i farmaci: una volta nel sangue, i principi attivi devono raggiungere un sito d’azione in modo da svolgere la terapia: potrebbe essere un enzima, una proteina o un gene. Riuscirà il nostro principio attivo, in un ambiente fluido come l’organismo a superare gli ostacoli che lo separano dal «target»?
Un tempo alla domanda si dava una risposta empirica: se funzionava bene, altrimenti pazienza. Ora abbiamo a disposizione super-computer in grado di creare modelli precisi dell’aria che sfreccia sull’auto o sull’ala del jet, delle nubi nell’attrito con il vento e del mezzo in cui una proteina, che fa da recettore a un farmaco, cambia forma e «aggancia» o meno il principio attivo a seconda delle condizioni. A livello molecolare, infatti, anche la posizione di un atomo di idrogeno, in più o in meno, fa la differenza nella forma e nel comportamento di ciò che lo circonda, in un misterioso equilibrismo. «Immaginare modelli - continua Succi - di situazioni come quelle che abbiamo citato è un’arte che richiede metodo e fantasia e si può fare anche al laptop, ma poi sono necessari super-computer per risolvere l’evoluzione del modello: parliamo di miliardi di miliardi di operazione al secondo, contro una o due al secondo di un umano».
Mentre parliamo di modelli ed evoluzioni, calcoli e probabilità, nasce l’arrovellamento su che cosa sia la «scienza»: un tempo la fisica parlava di pesi e carrucole, ora studia l’atmosfera per anticipare gli uragani e le dinamiche delle folle per prevedere comportamenti sociali. Facile ripetere gli esperimenti in condizioni identiche, alla Galileo. Vai a farlo, invece, con uragani o molecole in movimento tra geni e fluidi corporei. In questi casi il metodo è l’«inferenza statistica» e ciò che puoi ottenere sono «previsioni». La statistica la usano la sociologia, l’economia e le nuove discipline, sempre più complesse, come la fluidodinamica, appunto. Ma Succi non ha dubbi sull’inghippo epistemologico: «La scienza non è conoscenza perfetta. I problemi impongono di studiare per approssimazioni al fine di stimare, con il più alto grado possibile, il risultato che si verificherà».