Il complesso intreccio tra scienza ed arte

Il complesso intreccio trascienza ed arteGiuseppe Maruccio Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi”, NNL-CNR-Istituto di Nanoscienze

Accostare scienza ed arte appareforse a molti una contraddizione.Tuttavia non si tratta di aree così

distanti come spesso si immagina nell’o-pinione pubblica. Diversi sono i punti dicontatto. Anche se molti artisti potreb-bero probabilmente sentirsi lontani dalmondo scientifico, tanti altri ne sono affa-scinati e ne traggono ispirazione, nozionie strumenti tecnici di lavoro. D’altra par-te molti scienziati si sentono artisti del lo-ro settore, della matematica, della fisica,della biologia, della ricerca in generale.Come diceva Einstein “I grandi scienziatisono sempre anche artisti”, mentre la fi-gura di Leonardo mostra come i due mon-di si possano coniugare armoniosamenteassieme, come due sentieri verso un’uni-ca destinazione. Certamente sia l’artistache lo scienziato sono accomunati da unapassione simile per il loro lavoro e condi-vidono il medesimo spirito di osservazio-ne per il mondo che li circonda ed i suoiattori principali, siano questi uomini no-stri simili, particelle elementari o batteri.Lo scopo di questo articolo è porre in ri-salto alcuni ambiti in cui arte e scienza siavvicinano, si sfiorano, si intersecano.

Introduzione

È difficile immaginarsi uno scienziato con unpennello in mano oppure un artista con un ca-mice da laboratorio o dietro un microscopio [1].Tuttavia arte e scienza si intrecciano molto più diquanto si pensi comunemente. Non è inusualeimbattersi in scienziati affascinati dalle immaginiacquisite con microscopi, telescopi e altri mezzitecnologici o risultanti da più astratte funzionimatematiche. Sempre più ricercatori si dilettanoa partecipare a concorsi per immagini scientifi-che che possono avere una bellezza seducente.Nessuno lo riconoscerà facilmente, ma la gra-devolezza estetica di un’immagine può talvoltainfluenzare anche l’esito di una pubblicazione!D’altra parte diversi artisti traggono fonte di

ispirazione nella scienza e non si può certo tra-scurare lo studio quasi scientifico condotto daimportanti pittori, scultori e architetti su materia-li, anatomia e percezione. Ad esempio tutti cono-scono gli studi anatomici condotti da Leonardoda Vinci nel Rinascimento (Fig.1), una figura cheben unisce i due mondi.In fondo, scienza ed arte sono entrambi ap-

procci con cui l’uomo si rapporta (investigando)col mondo esterno, la natura e le domande ulti-me che da sempre affascinano la nostra speciemediante un percorso fatto da idee, rappresenta-zioni, teorie e ipotesi testate in posti dove pensie-ro e manualità si incontrano. Nell’antica Greciasi usava la parola techne (da cui tecnica e tecnolo-

Ithaca: Viaggio nella Scienza IV, 2014 • Il complesso intreccio tra scienza ed arte 13

Figura 1: Schizzi di studi ana-tomici condotti da Leonardo daVinci.

gia) con un significato ampio che comprendevatanto l’arte quanto la tecnica.Questo articolo intende esaminare vari modi

in cui scienza ed arte interagiscono ed è organiz-zato in quattro sezioni: 1. Scienza nell’arte, chetratta come concetti scientifici possano influen-zare o esser ripresi nell’arte; 2. Scienza per l’arte,che descrive come la scienza (e la tecnica) possaessere sfruttata per produrre arte; 3. Arte nel-la scienza, in cui è analizzato l’aspetto artisticonascosto nella scienza, specie quella parte chelavora con immagini; 4. Arte per la scienza, incui si discute come l’arte possa essere importan-te ed aiutare la scienza ad illustrare e descrivereparticolari fenomeni in modo da renderli più fa-cilmente intellegibili al pubblico sia specialisticoche non. Talvolta i confini di questa classificazio-ne sono tenui, ed un particolare esempio potreb-be rientrare in più di una sezione. Parlando diarte, numerose immagini saranno protagonistedi questo contributo.

Scienza nell’arte – l’arte ispiratadalla scienza

Il libro “On Growth and Form” (“Crescita e forma”[2]), scritto nel 1917 dallo scienziato scozzeseD’Arcy Wentworth Thompson (biologo, mate-matico e studioso classico) è stato consideratoa lungo una bibbia dagli artisti del XX secoloed è stato impiegato come libro di testo in varicorsi di architettura. Partendo dal Darwinismo,l’autore scozzese sostiene che l’influenza delleleggi fisiche sull’evoluzione è trascurata e po-

ne in risalto la somiglianza tra le forme di unamedusa e quelle che si creano con la caduta digocce all’interno di un liquido viscoso o più ingenerale tra forme riscontrate in biologia ed infisica. “In generale non esistono forme organiche senon quelle che sono in conformità con le leggi fisichee matematiche”, scrive. In altre parole, i fenomenifisici possono influenzare la selezione naturale,guidando specie diverse lungo linee evolutiveconvergenti per quanto riguarda forme e funzio-ni. In maniera sorprendente, alcune relazioninumeriche in natura rispecchiano concetti mate-matici come la spirale logaritmica (anche dettaspira mirabilis) e la sequenza di Fibonacci, che sipossono riscontrare nella conchiglia di un nauti-lus (Fig.2a), nella crescita delle piante come in unciclone, una galassia a spirale o una sezione delfrattale di Mandelbrot. Sembra quindi vi sia unsottostante filo conduttore comune di caratteretrasversale. L’arte non si sottrae a questo giocodi relazioni.L’ispirazione naturalista è molto diffusa. Tan-

ti dipinti, sculture, manufatti ed architetture ri-chiamano forme presenti in natura. Il famosoarchitetto Santiago Calatrava scrive “Per me cisono due principi trascurati da rintracciare in natu-ra che sono molto appropriati per gli edifici; uno èl’uso ottimale del materiale, l’altro la capacità degliorganismi di cambiare forma, di crescere e muoversi”[3]. La natura quindi come insegnante di designe progettazione. Si pensi allo scheletro ed allasua evoluzione nelle varie specie animali per unaottimale distribuzione del peso e della gravità,aspetti che sono chiaramente di cruciale impor-tanza anche in architettura ed ingegneria. Questa


Figura 2: a) Copertina del famo-so libro “On growth and form” diD’Arcy Wentworth Thompson. b)Stazione TGV presso l’aereoportodi Lione (Francia) e c)Museo dellascienza presso la Città delle Arti edella Scienza a Valencia (Spagna),entrambe opere dell’architetto San-tiago Calatrava. d) BlossomingDubai, edificio progettato da PetraArchitects.

filosofia si concretizza nelle opere di Calatrava(Fig.2b-c) come la Città delle Arti e delle Scienzea Valencia (con vari edifici ispirati ad un occhiogigante o allo scheletro di una balena) oppure lastazione aereoportuale di Lione che evoca nelleforme un uccello nell’atto di prendere il volo. Lamoderna architettura biomimetica [4] non si limi-ta però a replicare forme naturali, ma si prefiggedi comprenderne le regole sottostanti alla ricercadi soluzioni sostenibili presenti in natura, agen-do su più livelli: quello dell’organismo (formee/o funzioni), del comportamento (interazionicon l’ambiente) e dell’ecosistema (su scala urba-na, piuttosto che sulla singola struttura). Altriesempi che si possono menzionare sono l’OperaHouse di Sidney che richiama le conchiglie ma-rine oppure il Lotus Temple a New Delhi (India)ed il Singapore Art Science Museum che somi-gliano entrambi ad un fiore di loto, dal significa-to altamente caratterizzante per tutta la culturaorientale. Notevole è anche la Blossoming Du-bai (Fig.2d) progettata per assomigliare ad unfiore che sboccia [5]. A chi vorrebbe obiettareche natura è diverso da scienza, si potrebbe poisenz’altro menzionare l’High Trestle Trail Brid-ge in Iowa (USA) che fa senz’altro pensare alla

matematica con le sue chiare forme geometriche,così come il cubo progettato da Soren Korsgaard[6].

Non è raro trovare opere d’arte di chiara ispira-zione scientifica in cui concetti, forme ma ancheteorie provenienti dalla scienza assumono formaartistica. Questo fenomeno è particolarmente ve-ro nel caso di artisti contemporanei alla continuaricerca di fonti di ispirazione. Chiari richiamiscientifici e naturalistici si trovano nelle interes-santi opere di Jonathan Latiano [7], mentre GregDunn trae ispirazione dalle neuroscienze per lesue opere che ritraggono neuroni [8] (Fig.3a-brispettivamente). Richard L. Dana [9], invece, èun artista autodidatta che ha più volte esibitole proprie opere a livello internazionale e chespesso ribadisce di essere un lettore di opere didivulgazione scientifica. La sua arte riflette que-sta predisposizione. L’opera intitolata “Le VoyageFantastique” (“Il viaggio fantastico”, 2010, acrilicosu legno) (Fig.3c) appare come un viaggio dalmicroscosmo al macrocosmo, in cui l’osservatoreè spinto ad immaginarsi questo percorso dall’im-mensamente piccolo (fatto di atomi) attraverso ilmondo cellulare fino all’immensamente grandedei corpi celesti. Alcune bande verticali separa-


Figura 3: a) Compacting factors, opera di Jonathan Latiano. b) Maki-e neurons, opera di Gregg Dunn. c) Le VoyageFantastique, 2010, acrilico su legno, opera di Richard Dana. d) Elettrocardiogramma, acquarello, opera diMichelle Banks.

no le diverse scale dimensionali ma il dipintole racchiude in un tutt’uno perché in fondo so-no vari aspetti di un’unica realtà. Gli elementirappresentati sono schematizzati, stilizzati per-ché quello che conta qui è l’idea, il messaggiosottostante e non il dettaglio scientifico. Perso-nalmente quest’opera mi fa pensare a quei videomostrati in programmi scientifici come Super-Quark che illustrano il modo in cui un oggettoappare ad ingrandimenti crescenti, ottenuti conl’ausilio di un microscopio elettronico.

Michelle Banks, anche lei autodidatta, trae in-vece la sua ispirazione dalla biologia ed i suoiacquarelli hanno un notevole successo di vendi-te in rete. I soggetti sono mitocondri, batteri ocellule varie viste al microscopio, processi di di-visione cellulare ma anche elettrocardiogrammi(Fig.3d). Tra i suoi clienti, molti pazienti, dottoried infermieri. Talvolta, in alcune opere, Michellenon si limita a riprodurre in forma artistica al-cune immagini, ma vi aggiunge ulteriori livellidi lettura, come ad esempio in Love and Death:Beauty in cui volge lo sguardo a come l’essereinnamorati si manifesta a livello cellulare [10].Un caso esemplare del fascino che la scienza

può esercitare su un artista è il britannico LukeJerram. La sua glass microbiology (microbiologiain vetro) dal 2004 ritrae soggetti che spazianodall’Escherichia coli, a batteriofagi, adenovirus,il papillomavirus umano, il coronavirus dellaSARS, vari virus influenzali fino al temutissimovirus ebola. Una bella galleria di immagini puòesser trovata sul suo sito [11] ed alcuni esempisono riportati in Fig.4a. Notevole è il contrastotra la bellezza delle sculture e quello che rappre-sentano in termini di pericolosità per la salutedell’uomo. Alla loro progettazione hanno col-laborato virologisti dell’Università di Bristol equeste realizzazioni sono state esposte ed usatespesso dalla comunità scientifica, anche in im-portanti riviste come Nature. Per l’artista, unmotivo alla base della scelta del vetro è differen-ziarsi dalle tipiche rappresentazioni colorate deivirus (vedasi l’esempio in figura) per sottolinea-re la loro assenza di colore avendo dimensioniinferiori alle lunghezze d’onda del visibile. Lasua opera però non finisce qui emeritano senz’al-tro di essere menzionate le cosiddette sculturesoniche in cui invisibili onde vengono visualiz-zate come silenziose esperienze tridimensionali.


Figura 4: Alcune opere di Luke Jerram: a) Glass microbiology (Escherichia coli, in grande, e virus HIV assieme ad unasua immagine artistica di altro autore). b) Sismogramma del terribile terremoto giapponese del 2011, suatrasformazione in 3D per rotazione attorno ad un asse ed opera realizzata mediante stampa per prototipazionerapida. c) Aeolus, il suono del vento.

Luke Jerram ha dato forma artistica al terribileterremoto giapponese del 2011, causa di tantemorti e dello tsunami che ha danneggiato la cen-trale nucleare di Fukushima. L’artista è partitodal sismogramma dell’evento, fornendogli unaforma tridimensionale per rotazione attorno adun asse e poi stampando il risultato mediantela tecnologia di prototipazione rapida (Fig.4b).Quest’opera appartiene ad una serie di sculturecon tema la visualizzazione dei dati. Come affer-ma lo stesso autore, l’opera Aeolus, che riprendeil nome del dio greco del vento, rappresenta in-vece un’investigazione nell’acustica, nel vento enell’architettura con l’obiettivo di creare un pa-diglione capace di risuonare e suonare col vento(Fig.4c). La struttura ha la forma di un arco dacui partono vari tubi armonici aperti e la forma-zione di vortici porta a vibrare dei cavi tesi postiall’interno della struttura (un effetto noto comevon Karman vortex street effect). Il risultato è cheun ascoltatore posto al centro dell’arco può sen-tire la musica del vento! (i lettori sono invitati

a sentire l’audio disponibile sul sito dell’artista).Questo progetto è così intrigante che vi sono statevarie installazioni.

Prima di passare alla prossima sezione, va det-to che non sempre l’associazione arte e scienza èopera dell’artista, ma talvolta viene da un’inter-pretazione successiva come nel caso del dipintodi Salvador Dali intitolato “Persistence of Memory”(1931, olio su tela), che è spesso associato allateoria della relatività di Einstein per via degli“orologi molli”, che secondo Dawn Ades “sono unsimbolo inconscio della relatività dello spazio e deltempo, una meditazione surrealistica sul crollo dellenostre nozioni riguardo ad un sistema cosmico im-mutabile” [12]. Il richiamo è così forte che IlyaPrigogine chiese all’artista se effettivamente lateoria einsteniana fosse legata al concepimentodell’opera. In realtà nel dipinto il tempo non èquello fisico, ma quello della memoria, meno de-finito e l’ispirazione per la sua rappresentazioneveniva più semplicemente dall’osservazione delformaggio che si scioglie al sole!


Figura 5: Un dimanche après-midi à l’Île de la Grande-Jatte, opera di Georges Seurat, esempio del-la tecnica del puntinismo. Sul sito del pro-getto Google Cultural Institute [13] è possibi-le vedere l’opera digitalizzata a vari livelli diingrandimento.

Scienza per l’arte – l’arte creatacon la scienza

L’innovazione scientifica (con quella tecnica chene segue) ha sempre contribuito all’arte. Se èvero che a guidare la costruzione delle piramidie delle cattedrali medievali era più l’esperienzadi una scuola, quella dei maestri costruttori, cheuna teoria formalizzata in maniera scientifica,oggi le ardite creazioni delle cosiddette “archi-star” non sarebbero possibili senza un approfon-dito studio per lo sviluppo di nuovi materiali eduna altrettanto scientifica progettazione median-te software agli elementi finiti capaci di risolverecomplesse equazioni differenziali per fornire ac-curate simulazioni delle strutture. Inoltre nuovetecnologie permettono adesso di realizzare sugliedifici superfici autopulenti, capaci di non spor-carsi, oppure di stampare elementi costruttivio di decoro con stampanti tridimensionali. Malasciamo una volta per tutte l’architettura persvolgere lo sguardo altrove.La teoria del colore e della sua percezione ha

influenzato notevolmente gli artisti Impressioni-

sti e Post-Impressionisti a cavallo del XIX e XXsecolo. Fin da studente, il francese Georges Seu-rat, pioniere del movimento puntinista, era ap-passionato della teoria del colore e sperimentò alungo il modo in cui il nostro apparato visivo lopercepiscemediante l’utilizzo di dischi cromaticiin cui vari colori sono riportati sulla corona ester-na. La tecnica pittorica che ne scaturisce si basasulla mescolanza ottica, teorizzata dal fisiologoHeinrich Dove, e ne è un esempio il dipinto “Undimanche après-midi à l’Île de la Grande-Jatte” (Unadomenica pomeriggio sull’isola della Grande Jatte, unisolotto sulla Senna) (Fig.5). Quest’opera pittoricaè composta da innumerevoli puntini monocro-matici, che però sono visibili solo avvicinandosi,mentre ad una distanza maggiore la nostra per-cezione fa sì che punti vicini interagiscano e sifondano. La scelta dei colori da utilizzare segueregole ben precise: innanzitutto il colore dell’og-getto sotto una luce bianca, poi quelli della lucesolare incidente e della sua parte assorbita e ri-flessa, infine una componente corrispondentealla luce riflessa dagli oggetti vicini. Questa pro-cedura così precisa porta il critico d’arte FélixFénéon a coniare il termine “Neoimpressionismo”per enfatizzare il suo carattere scientifico rispet-to a quello romantico del movimento originale.Negli stessi anni i pittori impressionisti e neoim-pressionisti beneficiarono anche dell’invenzionedi colori premischiati e pigmenti sintetici da par-te dei chimici francesi. Senza queste scoperte,pittori poveri come Monet e Seurat non avrebbe-ro potuto operare, se si pensa ad esempio che ilblu oltremarino era precedentemente realizzatocon costosa polvere di lapislazzuli.

Alcune forme d’arte, poi, nascono col progres-so scientifico. La fotografia in un certo sensosfida l’artista (il pittore) nel suo compito di ri-produrre il mondo che ci circonda spingendoloverso nuove sperimentazioni (meno legate al rea-lismo), ma d’altra parte quanta arte c’è dietrol’opera dei grandi fotografi capaci di cogliere efissare per sempre unmomento particolare, un’e-mozione vivida, una cultura vicina o lontanaoppure un habitat naturale o cittadino. A tuttoquesto, il cinema aggiunge un’ulteriore variabile,il tempo, permettendo di trasmettere e scolpirenella nostra memoria vicende, tradizioni e storie,reali e non, talvolta con un ulteriore supportoscientifico esterno per riprese aeree (con droni)


Figura 6: Alcune opere dell’arti-sta Corrie White: a) Artist at play,b) Progression, c) Liquid drop art,d) Spiderman.

oppure per riprodurre effetti speciali o credibiliambientazioni futuristiche.

Tornando alla fotografia, è interessante men-zionare l’opera di Corrie White, un’autodidattadi origine olandese, la cui passione sono le goc-ce! La particolarità sono le varie, uniche formedall’affascinante simmetria che queste possonoassumere sotto l’azione delle forze meccanicheche governano il moto del liquido. Si tratta diparticolari che sfuggono all’occhio umano, mache è possibile cogliere con una buona e velocemacchina fotografica. Per il resto non serve at-trezzatura particolarmente complessa. I liquidiimpiegati sono acqua, latte, caffè, tè o creme, co-lorate con vari coloranti per cibo o gels o luci. Legocce possono invece essere ottenute medianteun dispensatore medico oppure, volendo esserepiù tecnologici un kit apposito come quello del-la MJKZZ [14]. In Fig.6a, si può vedere l’artistaall’opera intenta ad indicare col dito una strut-tura fluida che si evolve nella bacinella, mentretre luci (rossa, blu e gialla) la illuminano colo-randola con svariate sfumature. Il processo allabase della formazione di queste delicate struttu-re si può vedere in Fig.6b dove sono ritratte variefasi temporali. Inizialmente (a sinistra), si puònotare una goccia (blu) che impatta sulla super-ficie liquida. A questa fase, tipicamente seguela formazione di una specie di bacinella con unagoccia più piccola che sembra rimbalzare in alto(vedasi l’immagine centrale in rosso). Infine labacinella si allarga e la goccia ricade sparendonel “mare” liquido (figura a destra, in giallo). In

tutti i casi si può notare il riflesso impresso nelliquido sottostante, che abbellisce ulteriormenteil tutto. Un’altra immagine notevole è riportatain Fig.6c dove un fungo colorato sembra emer-gere dalla superficie liquida mentre varie ondeconcentriche si allontanano dal punto di impattoed una corona sferica sembra formare un recintodi protezione attorno alla delicata struttura cen-trale. Si noti la somiglianza delle forme con variestrutture biologiche (funghi, meduse, ...) comeosservato da Thompson. Le varianti sono innu-merevoli a seconda dell’istante dello scatto, delnumero di gocce, del numero di esposizioni, deicolori o delle luci impiegate, della viscosità deiliquidi, etc. Si possono trovare vari esempi sulsito della White [15]. Un ulteriore dimostrazionedi come si possa giocare con gocce, fotografia efisica (ottica) è riportata in Fig.6d, dove si puòvedere nella goccia l’immagine dell’uomo ragnoche deriva dalla rifrazione dei raggi luminosi pro-venienti dall’immagine più grande (e capovolta)sul retro attraverso la goccia che agisce da lente.Un fenomeno che i nostri studenti di fisica sonoabituati a studiare nei laboratori del secondo an-no. Chi fosse interessato a maggiori dettagli o adistruzioni per riprovare a casa, è invitato a visita-re il sito e/o a leggere il libro della White: “TheUltimate Guide to Water Drop Photography” [16].Oltre alle gocce, altri fotografi si sono dilettaticon le particolari forme che si possono riscontra-re ad esempio nel residuo lasciato dal whisky cheevapora [17], ma andiamo a vedere ora qualcosadi più scientifico e nanotecnologico.


Figura 7: a) e b) Ferrofluidi influenzati da magneti permanenti. c) e d) alcune opere di Sachiko Kodama.

Pochi lettori probabilmente conoscono cosasia un ferrofluido. Come la parola stessa sug-gerisce si tratta di un qualcosa che combina leproprietà di un fluido (e quindi l’abilità di cam-biare forma) con quelle del ferro, in particolarele sue proprietà (ferro)magnetiche. L’invenzio-ne dei ferrofluidi si può far risalire al 1963 edalla ricerca dello scienziato della Nasa Steve Pa-pell su nuovi carburanti liquidi per razzi, chepotessero essere guidati in assenza di gravitàmediante un campo magnetico. Dal punto divista della composizione, si tratta di sospensionicolloidali composte da nanoparticelle superpa-ramagnetiche (cioè non capaci di preservare unamagnetizzazione in assenza di un campo ester-no) tipicamente sospese in un solvente organico.È però importante che vi siano dei surfattanti (inpratica dei saponi) legati sulla superficie di que-ste particelle in modo da inibire la formazionedi aggregati, indebolendo le forze magnetiche diattrazione fino al punto da riuscire a mantenereisolate le particelle. È altresì importante che le

dimensioni siano su scala nanometrica (10 nmo anche meno) in modo che siano sospese nelliquido per agitazione termica in un moto brow-niano senza precipitare (come invece accade neifluidi magnetoreologici costituiti da particellemicrometriche). Tipicamente le nanoparticellesono composte da ossidi di ferro (magnetite oematite). Le applicazioni dei ferrofluidi spazia-no su vari settori, dalla già citata propulsionespaziale, all’ingegneria meccanica (per la capa-cità di ridurre l’attrito), la scienza dei materiali,l’elettronica, l’ottica adattativa nei telescopi, lastrumentazione analitica ed applicazioni biome-diche (come mezzi di contrasto nella risonanzamagnetica o per terapie basate sull’ipertermiaindotta da campi magnetici alternati).

Ma cos’hanno di così particolare questi ferro-fluidi e perché ne stiamo parlando qui? Tuttodipende dalla loro risposta in presenza di uncampo magnetico esterno. In queste condizioni,un ferrofluido tende ad assumere una forma taleda rispondere al campo ed assumere la configu-


razione di minima energia totale per il sistema.In particolare, se da una parte gravità e tensionesuperficiale spingono verso una superficie pia-na che minimizzi l’area, dall’altra un fenomenonoto come “normal-field instability” (“instabilitàal campo normale”) favorisce la formazione di unsusseguirsi regolare di picchi e valli. Di conse-guenza esiste un campo magnetico di soglia perla formazione delle corrugazioni sulla superfi-cie ma questo è particolarmente piccolo per unferrofluido a causa della sua elevata suscettivitàmagnetica per cui un magnete permanente è suf-ficiente per superarlo, come illustrato in Fig.7a-b.Facendo passare correnti sufficientemente alte,possono essere impiegati anche elettromagneti.

La storia di Sachiko Kodama, giapponese, si in-treccia con quella dei ferrofluidi [18]. Da sempreattratta sia dall’arte che dalla scienza, Sachiko,dopo una laurea (di primo livello) in fisica, spo-sta i suoi studi fino al dottorato su arte e designe nel 2000 inizia la sua opera con i ferrofluidi cheinnalza a mezzi artistici col progetto “Protrude,Flow”. Variando il campo magnetico col tempo,si possono indurre i ferrofluidi a muoversi e dan-zare come acqua in una fontana. In Fig.7c-d sonoriportate alcune immagini. La cosiddetta arte fer-rofluida sta recentemente facendo vari proseliti ele opere della Kodama sono state esposte in varimusei in Giappone, USA, Spagna, Taiwan. Suinternet (e youtube) si possono trovare numerosivideo dimostrativi ed anche indicazioni su comerealizzare un ferrofluido in modo semplice.

Infine è interessante menzionare alcune operedell’italiano Loris Cecchini [19] (Fig.8) che ad unfisico fanno immediatamente pensare a figuredi interferenza, mentre (altre opere) possono ri-chiamare struttura vagamente molecolari ad unchimico.

Arte nella scienza – scienziatiche giocano a fare gli artisti

Abbiamo visto come gli artisti siano affascinatidalla scienza e ne richiedano spesso il supporto.Gli scienziati però non sono da meno quanto adattrazione per l’arte, ma facciamo una breve pre-messa. In molti settori scientifici, le immaginisono uno strumento essenziale per la ricerca, lavisualizzazione, l’analisi e la presentazione dei

Figura 8: Alcune opere di Loris Cecchini che richiamanoa) figure di interferenza, b) molecole organiche.

risultati. Una rappresentazione grafica è infattidi più immediata comprensione rispetto ad unatabella di dati o ad un’equazione. Spesso questeimmagini restano nascoste all’interno dei labora-tori di ricerca o tra una ristretta cerchia di addettiai lavori, però possono avere una bellezza artisti-ca capace di renderle interessanti ad un più va-sto pubblico indipendentemente dal significatoscientifico sottostante. Le citate tesi di Thompsonhanno ispirato da tempo varie esibizioni in cui at-traenti immagini scientifiche (biomediche) eranoesposte al fianco di opere d’arte con una chiarainfluenza scientifica. Il pubblico si soffermavapressoché col medesimo interesse vicino alle unequanto alle altre. Più recentemente, vanno invecemoltiplicandosi gli eventi in cui uomini di scien-za si sfidano per un premio artistico. Facciamoalcuni esempi concreti.Chi sopporta senza fastidio gli insetti? Spes-

so pensiamo a loro con disturbo. Una mosca,una zanzara, o addirittura un parassita... Le loroimmagini al microscopio elettronico sono peròdi gradevole bellezza. In Fig.9a-b, sono riporta-te delle scansioni al microscopio elettronico diunamosca aggrappata a cristalli di zucchero (An-


Figura 9: Esempi di immagini premiate al Wellcome Trust Biomedical Image Awards: a) una mosca aggrappata a cristallidi zucchero (Annie Cavanagh, 2008, microscopio elettronico), b) un pidocchio afferrato ad alcuni capelli (GarryHunter, 2005, microscopio elettronico), c) sezione di muscolo di una coscia di maiale (SEM, David Gregory eDebbie Marshall, 2006), d) villi del piccolo intestino osservati al microscopio confocale (Paul Appleton, confocale,2009), e) globuli rossi (Annie Cavanagh, SEM, 2006), f) colonia di neuroni (Ludovic Collin, confocale, 2006), g)cristalli di aspirina (Annie Cavanagh, SEM, 2006).

nie Cavanagh, 2008, microscopio elettronico) eun pidocchio afferrato ad alcuni capelli (GarryHunter, 2005, microscopio elettronico). Anchetessuti organici possono esercitare il loro fascinocome illustrato in Fig.9c-d nel caso della sezio-ne di muscolo di una coscia di maiale vista alSEM (microscopio elettronico a scansione, DavidGregory e Debbie Marshall, 2006) o dei villi delpiccolo intestino osservati al microscopio confo-cale (Paul Appleton, confocale, 2009). Non sonoda meno le cellule: il tappeto di globuli rossi(Annie Cavanagh, SEM, 2006) e la colonia di neu-roni (Ludovic Collin, confocale, 2006) in Fig.9e-fattirano certamente l’attenzione, specialmentedei biologi. L’ultima figura (Fig.9g) si riferisceinvece a cristalli di aspirina (Annie Cavanagh,SEM, 2006). Tutte queste immagini provengo-no dal sito dedicato al Wellcome Trust BiomedicalImage Awards [20], un premio che si ripete concadenza pressoché annuale nel posto in cui ci fuuna delle prime esposizioni dedicate a Scienzaed Arte, ispirata dal lavoro di D’ArcyWentworth

Thompson. Qualche considerazione è d’obbligo:l’autore delle immagini al microscopio elettro-nico non è passivo ma ci mette del suo, poichéqueste sono proposte in falsi colori in quanto que-sto strumento non vede la luce. Infatti si tratta, inun certo senso, di un’evoluzione di un microsco-pio ottico che utilizza un fascio di elettroni persuperare i limiti intrinseci legati alla diffrazionedi una radiazione luminosa e permettere di otte-nere risoluzioni dell’ordine di pochi nanometri.Inoltre la sua elevata profondità di campo con-sente di ottenere una notevole nitidezza anchein presenza di forti corrugazioni, quando inveceun’immagine ottica ad elevato ingrandimentomostrerebbe generalmente alcune zone sfuoca-te. Il microscopio confocale invece permette dimigliorare la risoluzione ed il contrasto di un’im-magine ottica rimuovendo la luce da piani fuorifuoco ed in questo caso i colori possono esserecorrelati a quelli della radiazione luminosa effet-tivamente emessa (es. rossa o blu) dai fluoroforiaggiunti al campione per evidenziare particolari


Figura 10: a) Microfiori di car-bonato di bario e silica (2013,Wim Noorduin, Harvard Univer-sity, USA), b) Reticolo di nanowi-res di GaAs/GaInP assomiglian-te ad una nanoforesta (2012, Da-niel Jacobsson, Lund University,Sweden), c) forme polimorfichedi CaCO3 (2014, Casper Ibsen,Aarhus University, Denmark), d)confinamento di elettroni in quan-tum corrals [Science 262, 218-220 (1993)], e) Origami e DNAorigami.

regioni o processi cellulari.

Oltre al settore biologico, questi strumenti so-no altresì impiegati nella fisica e nelle nanoscien-ze ed anche qui forniscono immagini intriganti,oggetto di competizioni artistiche come quelladella Material Research Society intitolata Scienceas art (Scienza come arte). Le gallerie disponibi-li sul sito web relative ai vari anni di concorsopresentano immagini molto belle tra cui è diffi-cile fare una selezione [21] (Fig.10a-c). In alcunicasi, le forme, adiuvate dai falsi colori, richia-mano microfiori (di carbonato di bario e silica;2013, Wim Noorduin, Harvard University, USA)oppure nanoforeste (come nel caso dell’array dinanowires di GaAs/GaInP cresciute per epitas-sia da fase vapore a partire da un seme di oro).In quest’ultimo caso i (falsi) colori verde chiaro emarrone rappresentano rispettivamente le zonedi GaInP e GaAs, la cui composizione è stata ac-certata mediante spettroscopia a dispersione dienergia (2012, Daniel Jacobsson, Lund Universi-

ty, Sweden). L’immagine in alto a destra mostrainvece forme polimorfiche di CaCO3, col passag-gio da vaterite (sinistra) alla più stabile calcite(destra) (2014, Casper Ibsen, Aarhus University,Denmark). Chi avrebbe mai considerato un mi-croscopio come uno strumento artistico oppureun insetto, un tessuto, una cellula, un cristallo onanoparticelle come modelli?

Per l’invenzione del microscopio elettronicoè stato assegnato il premio Nobel per la Fisicaad Ernst Ruska nel 1986, ma quell’anno sono sta-ti insigniti della medaglia anche Gerd Binnig eHeinrich Rohrer per l’invenzione del microsco-pio ad effetto tunnel (STM), il cui sviluppo ha da-to un forte contributo all’avvio delle nanoscien-ze e delle nanotecnologie. Difatti, quest’ultimosfruttando un fenomeno quantistico noto comeeffetto tunnel permette di visualizzare e manipo-lare addirittura i singoli atomi. Nell’immaginein Fig.10d si vede questo processo applicato adatomi di ferro inizialmente depositati in maniera


disordinata su un substrato di rame e poi spo-stati uno per uno per formare un cerchio al cuiinterno si possono vedere delle onde staziona-rie dovute agli stati degli elettroni in superficie,che sono simili alle onde che si creano quandosi getta un sasso in una bacinella (riflettendosisulle pareti). Questo fenomeno non avviene se ilcerchio è incompleto!

L’STM ha una limitazione importante in quan-to richiedendo il passaggio di una corrente elet-trica non può esser applicato a campioni isolanti.Per superare questo limite è stato quindi inventa-to il microscopio a forza atomica (AFM) che ap-partiene alla stessa classe dei microscopi a scan-sione, in quanto come per l’STM si utilizza unasonda che si muove sul campione con estremaprecisione mediante uno scanner piezoelettrico,misurando nel contempo una forza (invece cheuna corrente come per l’STM). Quindi anche quinon si utilizza luce, ma è un po’ come andarein una stanza buia e usare il tatto per ricostrui-re una superficie sentendo la forza che questaesercita sui polpastrelli delle nostre dita. Alcu-ne immagini AFM di filamenti di DNA ripiegatisono mostrate in Fig.10e. Si tratta dei cosiddettiDNA origami, una parola composta da un termi-ne di origine giapponese che si riferisce all’artedi piegare la carta, mentre DNA sta ad indicareche il materiale base non è un foglio ma un fila-mento di acido desossiribonucleico (la molecoladella vita) la cui sequenza è stata opportunamen-te progettata in termini di basi e segmenti com-plementari in modo da ibridarsi con se stessa eripiegarsi per assumere una ben definita forma(quadrati, rettangoli, stelle, simpatiche faccine,etc). Sembra un gioco (tipo lego), ed in effettiun po’ lo è, ma i ricercatori sono interessati a te-stare i meccanismi con cui il DNA si ripiega invista di possibili applicazioni per realizzare cap-sule/nanorobots capaci di trasportare farmacinel corpo umano e di aprirsi quando richiesto inseguito al riconoscimento di un obiettivo biolo-gico (es. una proteina). Le porte possono essereinfatti codificate mediante aptameri (molecolerecettori artificiali costituite anch’esse da acidinucleici) capaci di aprirsi riconoscendo specificiantigeni (legati ad esempio ad un tumore) cheagiscono come chiavi.

Infine, non ci soffermeremo, ma notevoli sonoanche le immagini astronomiche come quelle di

Figura 11: a) Illustrazione del disco di accrescimento at-torno ad una nana bianca, opera di David A.Hardy [25]. b) Raffigurazione del movimentodella kinesina lungo un microtubulo, opera diDrew Berry [26].

origine matematica (es. [22], [23], [24]).

Arte per la scienza

Immagino che molti dei lettori siano appassio-nati di scienza, per lavoro, interesse culturale osemplice curiosità. Leggendo articoli scientificio di divulgazione o dovendo spiegare un con-cetto ai propri studenti o ad un pubblico piùvasto gli sarà talvolta capitato di trovare arduoquesto compito. Un’immagine o un video illu-strativo possono aiutare notevolmente, speciequando il concetto si fa astratto o lontano dal-la nostra comune percezione del mondo che cicirconda. Questo può capitare quando si parladi fisica quantistica, come degli invisibili proces-si biologici che avvengono in una cellula o diquelli astrofisici fuori dalla nostra portata perchétroppo distanti.Da adolescente, appassionato di astronomia,

trovavo affascinanti le immagini di mondi alieni


con pianeti orbitanti attorno a stelle multiple olune attorno a giganti gassosi con anelli simili alnostro Saturno come anche le istruttive immagi-ni sulla struttura interna dei pianeti, sulle variefasi di formazione di un sistema solare, sulla vitadi una stella. Ad esempio in Fig.11a è illustratoil fenomeno di accrescimento di un oggetto com-patto (una nana bianca) a scapito di una compa-gna di maggiori dimensioni (una gigante rossa).Un processo che può culminare con lo scoppiodi una supernova (di tipo Ia) se la massa dellenana bianca supera un valore critico noto comelimite di Chandrasekhar.Oggi, per lavoro, mi capita più spesso di vi-

sualizzare spiegazioni su processi biologici conmotori molecolari, replicazione di DNA, contra-zione di muscoli, ... ed immagini (o video) comequella in Fig.11b sono molto esplicative per chinon ha approfondito ulteriormente la biologiaoltre agli studi di liceo.

Certo a volte queste rappresentazioni richiedo-no approssimazioni o ipotesi che possono essernon del tutto sostenute da certezze scientifiche.Tuttavia a mio avviso, un buon seminario divul-gativo non sarebbe possibile senza questo ausilioartistico. Se qualche dettaglio è trascurato, alme-no il messaggio, il concetto fondamentale puòraggiungere ed esser trasmesso molto più facil-mente al nostro interlocutore, con (ovviamente)le opportune precauzioni e raccomandazioni.

Z M Y

[1] http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/

1192358.stm

[2] D’Arcy Wentworth Thompson: On Growth and Form.Cambridge University press (1917).

[3] Alexnder Tzonis: Santiago Calatrava: The poetics ofmovement. Thames and Hudson (1999).

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Biomimetic_

architecture

[5] http://www.mymodernmet.com/profiles/blogs/

modern-architecture-2

[6] http://www.sorenkorsgaard.com/woodworks.htm

[7] http://www.jonathanlatiano.com/

[8] http://www.gregadunn.com/

[9] http://rdanaartist.com/sequence2.html

[10] http://www.neatorama.com/art/2010/08/11/

michele-banks/

[11] http://www.lukejerram.com/

[12] Dawn Ades: Dali (World of Art). Thames and Hudson(1982).

[13] https://www.google.com/

culturalinstitute/asset-viewer/

a-sunday-on-la-grande-jatte-1884/

twGyqq52R-lYpA?utm_source=google&utm_medium=

kp&hl=it&projectId=art-project

[14] http://www.mjkzz.com/home.html

[15] http://www.liquiddropart.com/

[16] Corrie White: The Ultimate Guide to Water DropPhotography. ebook ().

[17] http://www.npr.org/blogs/thesalt/2013/03/18/

174637393/the-wonderful-world-of-whisky-art

[18] http://sachikokodama.com/en

[19] http://loriscecchini.com/

[20] http://www.wellcomeimageawards.org/

[21] http://www.mrs.org/science-as-art/

[22] http://www.rmg.co.uk/whats-on/exhibitions/

astronomy-photographer-of-the-year

[23] http://www.ams.org/mathimagery/thumbnails.

php?album=13

[24] http://www.bugman123.com/Math/index.html

[25] http://www.astroart.org

[26] http://www.ted.com/talks/drew_berry_

animations_of_unseeable_biology.html

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Giuseppe Maruccio: Ricercatore presso l’Uni-versità del Salento è associato al CNR-Istituto diNanoscienze, NNL-Lecce e nella sua attività diricerca si occupa di spintronica e nanomagneti-smo, microscopia a scansione, biosensori e labon a chip.


Il complesso intreccio tra scienza ed arte

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