Perché i fisici hanno bisogno dell’arte per capire l’universo.


L’invenzione della prospettiva è il vero inizio della rivoluzione scientifica? Ecco come l’arte contribuisce alle scoperte della scienza.


(Questo testo è la traduzione italiana di un articolo precedentemente uscito su Aeon sotto licenza Creative Commons)

di Frank Wilczek

Di solito gli storici della scienza fanno risalire l’origine della rivoluzione scientifica al 1543, anno in cui il De revolutionibus di Copernico pone la Terra in movimento. Sebbene questa data sia una scelta conveniente e difendibile, non è l’unica candidata. Una scoperta precedente, spinta dalle esigenze dell’arte piuttosto che dell’astronomia, è stata altrettanto profonda: l’invenzione del disegno in prospettiva da parte di Filippo Brunelleschi, attorno al 1420.

Brunelleschi ha dimostrato di poter rappresentare le scene con realismo attraverso il convincente esperimento mostrato nella figura di copertina. Quindici anni più tardi, Leon Battista Alberti ha pubblicato una spiegazione della tecnica. Si tratta di una nuova forma di geometria, la geometria proiettiva.

(Figura di copertina: Rimuovendo lo specchio il dispositivo di Brunelleschi permette a un osservatore di confrontare il disegno riflesso a ciò che rappresenta.)

Il lavoro di Brunelleschi e Alberti ha avuto un enorme impatto sugli artisti del tempo. Ha ovviamente permesso una rappresentazione più accurata, ma ha anche aumentato l’autostima dell’epoca: finalmente viene fatta un’importante scoperta che va al di là di ciò che era stato ideato dagli antichi Greci e Romani. Per gli artisti, dunque, la questione non è più recuperare il passato, ma scoprire un potenziale creativo completamente nuovo.

Possiamo vedere come questo si rifletta in capolavori come la Consegna delle Chiavi (1481-82)  del Perugino, nella figura 2. Le piastrelle della piazza, i paralleli definiti dalle architetture e le dimensioni relative di persone e alberi che sfuggono in lontananza sono tutti elementi di una resa visiva scientificamente accurata.

Figura 2: La 'Consegna delle chiavi "del Perugino (1481-1482)
Figura 2: La ‘Consegna delle chiavi “del Perugino (1481-1482)

Si dice spesso che la scienza e l’arte sono diverse nel loro approccio e ambito, perché la scienza si sforza di essere obiettiva, mentre l’arte è intrinsecamente soggettiva. La prospettiva dimostra la superficialità di tali opinioni. Lo scopo della prospettiva è capire come una scena appaia realmente a una particolare persona da uno specifico punto di vista. Potrebbe essere definita, in effetti, uno studio obiettivo della soggettività.

È notevole come la prospettiva anticipi dei concetti che dominano la nostra comprensione di base delle leggi della natura. Molte delle idee più importanti della fisica moderna sono sconosciute alla maggior parte delle persone; possono persino sembrare minacciose, se introdotte bruscamente negli strani contesti del loro habitat naturale. È per questo che quelli tra noi che cercano di esporle al pubblico devono lavorare con metafore e analogie. Ma è difficile trovare metafore che siano contemporaneamente fedeli alle idee originali e facilmente accessibili; e ancor più difficile è farlo in modo da rendere giustizia alla loro bellezza. Ho lottato contro questo problema molte volte nel corso degli anni e adesso sono felice di presentare una soluzione che mi soddisfa sinceramente.

La scienza della geometria proiettiva, infatti, l’innovazione artistica del Rinascimento, contiene non solo delle metafore, ma dei veri e propri modelli di idee incredibilmente pregne di senso.

La relatività è un concetto secondo il quale lo stesso soggetto può essere rappresentato in molti modi diversi, fedelmente e senza perdite. La relatività, in questo senso, è l’essenza della geometria proiettiva. Siamo in grado di dipingere la stessa scena da diversi punti di vista. La disposizione di pigmenti sulla tela sarà diversa, ma rappresenterà le stesse informazioni sul soggetto, semplicemente codificate in modo diverso. La simmetria è strettamente legata alla relatività, sebbene l’attenzione si diriga adesso al soggetto del quadro, piuttosto che al suo spettatore; la sua essenza è una ‘modifica senza cambiamento’. Si consideri la più simmetrica delle forme, il cerchio. Ruotiamolo attorno al suo centro, da qualsiasi angolazione. Tali trasformazioni modificano la posizione di ciascun punto sul cerchio, ma il cerchio nel suo complesso non cambia. Allo stesso modo, se spostiamo l’oggetto del quadro – magari ruotandolo, o cambiando la sua posizione – cambieremo il suo aspetto. Ma la sua descrizione proiettiva – che è la totalità delle visuali offerte da tutti i possibili punti di vista – rimane la stessa, perché è possibile spostare il cavalletto per compensarla. L’invarianza è il contrappunto della relatività. Molti aspetti del soggetto sono rappresentati in modo diverso appena si cambia la prospettiva, ma alcune caratteristiche sono comuni a tutte le rappresentazioni. Ad esempio, le linee rette del soggetto appaiono come linee rette da qualsiasi punto di vista, anche se il loro orientamento e posizione sulla tela varia; e se tre rette si intersecano nel soggetto, i loro correlati continueranno a incontrarsi in un punto, da qualsiasi prospettiva. Caratteristiche comuni a tutte le rappresentazioni sono dette invarianti. Le quantità invarianti sono molto importanti, perché definiscono le caratteristiche oggettive del soggetto, valide da qualunque punto di vista. Esse definiscono l’essenza della sua ‘realtà oggettiva’.

Alle frontiere della fisica moderna, gli esperimenti importanti sono difficili. I più facili sono stati fatti e la loro lezione completamente assorbita. Il vecchio modello Baconiano, ovvero accumulare i dati con pazienza e poi usarli per dedurre le leggi, non è più funzionale. La strategia vincente, invece, è quella di immaginare delle leggi, derivarne delle conseguenze, testarle e scoprire se la natura le utilizza.

Se non i dati, cosa guida le congetture? In una parola, l’estetica. Ovvero la simmetria, nel senso sopra descritto, che è stata l’ispirazione più feconda. Proponiamo equazioni variabili nella forma ma non nel contenuto.

Ci sono, infatti, inquietanti parallelismi tra i principi di simmetria enunciati nelle nostre leggi fondamentali e due nuove varietà di prospettiva artistica.

In opere come il disegno anamorfico distorto di una colonna di István Orosz in figura 3, si può usare dispositivi come specchi e lenti per andare oltre le trasformazioni della prospettiva ordinaria. Analogamente, nella relatività generale, una grande varietà di trasformazioni nell’aspetto dello spazio-tempo può essere ottenuta riordinando la cosiddetta metrica fluida. (Questa è l’essenza della ‘covarianza generale’ di Albert Einstein.)

Figura 3: Nell’arte anamorfica, artisti come István Orosz ampliano le possibilità di prospettiva, consentendo non solo il cambiamento delle immagini dovute al cambiamento del punto di vista, ma anche modifiche prodotte da specchi e lenti (Foto: http: // utisz .blogspot.co.uk)
Figura 3: Nell’arte anamorfica, artisti come István Orosz ampliano le possibilità di prospettiva, consentendo non solo il cambiamento delle immagini dovute al mutare del punto di vista, ma anche modifiche prodotte da specchi e lenti (Foto: http: // utisz .blogspot.co.uk)

Einstein arrivò alla sua teoria della gravità trovando equazioni il cui contenuto non cambia in tali trasformazioni.

Le nostre teorie sulle altre forze fondamentali – l’elettromagnetismo, e le forze deboli e forti – sono basate su una trasformazione meno comune nell’arte, ma non sconosciuta. Si tratta di modifiche che non sono dovute allo spostamento dei punti di un’immagine, ma alla trasformazione dei colori in modi diversi in luoghi diversi. Henri Matisse ha prodotto immagini sorprendenti usando questa idea.

Figura 4: Particolare da donna con un cappello (1905). Henri Matisse introduce un altro tipo di prospettiva, in cui ci muoviamo nello spazio del colore. Foto: Wikimedia.
Figura 4: Particolare da donna con un cappello (1905). Henri Matisse introduce un altro tipo di prospettiva, in cui ci muoviamo nello spazio del colore. Foto: Wikimedia.

Oggigiorno ci sono interazioni importanti tra scienza e arte su molti fronti. Alcuni esempi: i frattali, che hanno reso possibile la creazione di splendidi ‘paesaggi’ artificiali; le vedute provenienti dallo spazio, spesso arricchite da colori “immaginati”; o i film e le trasmissioni sportive, in cui si manifesta sempre di più un uso creativo dell’elaborazione digitale delle immagini.

Ma le possibilità di collaborazione sono tutt’altro che esaurite. In realtà, credo che abbiamo appena scalfito la superficie.

I fisici esaltano spesso, e giustamente, la bellezza dei loro concetti ed equazioni. D’altra parte, gli esseri umani sono creature intensamente visive. Sarà fruttuoso utilizzare le risorse della computazione dei segnali e della computer grafica per tradurre quei bei concetti ed equazioni in forme apprezzabili per le cortecce visive dei fisici come di un pubblico non specializzato. Abbiamo bisogno, in particolare, di modi migliori per metterci in contatto sensoriale con spazi di grande dimensione, come quelli che incontriamo nella teoria quantistica e nella manipolazione di grandi dati. Impressionanti opportunità attendono i moderni Brunelleschi.


Keith Frankish is an English philosopher and writer. He is a visiting research fellow with the Open University in the UK and an adjunct professor with the Brain and Mind Programme at the University of Crete. He lives in Greece.
Traduzione italiana di Francesco D’Isa. Immagine di copertina: Wikimedia

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1 comment on “Perché i fisici hanno bisogno dell’arte per capire l’universo.

  1. Giulio Bertoli

    ci piace! anche il cubismo esplorava la quarta dimensione proprio quando einstein la integrava con le altre 3, di esempi ce ne sono anche nella musica

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