Abstract degli interventi

Sentieri della complessità alla frontiera tra fisica e biologia (con un tocco di IA) – La scienza e la società moderne sono sempre più messe a confronto con problemi di una complessità tale da non potere più essere affrontata da una singola disciplina, per quanto avanzata e sofisticata. Una frontiera della conoscenza che ha conosciuto un forte sviluppo nelle ultime due-tre decadi è l’interfaccia tra fisica e biologia. In questo seminario descriveremo alcuni recenti sviluppi della fisica statistica e computazionale di particolare rilevanza per lo studio di sistemi complessi in ambito fisico e biologico, quali la turbolenza e la dinamica delle proteine (con un inevitabile tocco di Intelligenza Artificiale).

Le sfide della complessità per un’educazione scientifica rivolta al futuro – L’intervento propone una riflessione su come la complessità cambi il modo di guardare ai fenomeni scientifici e, insieme, alle sfide educative del presente. Attraverso alcuni esempi tratti dalla fisica dei sistemi complessi, discuteremo come l’educazione scientifica possa diventare uno spazio per imparare a stare nell’incertezza, riconoscere interdipendenze e immaginare futuri possibili.

Come affrontare la complessità? Attività e considerazioni per la didattica della fisica

Il Laboratorio dei sistemi complessi tra esperimenti e simulazioni – esplorerà alcuni concetti chiave della scienza dei sistemi complessi attraverso attività sperimentali e simulazioni al computer. Verranno proposti due esperimenti realizzabili in classe relativi a esempi emblematici di sistemi complessi: le celle di Bénard e le reazioni chimiche oscillanti. L’analisi di questi fenomeni di auto-organizzazione, rispettivamente spaziale e temporale, permetterà di mettere in luce la “struttura temporale” della complessità, evidenziando il ruolo generativo della coesistenza tra aspetti contingenti e deterministici. Successivamente, attraverso alcuni esempi tratti dall’ambiente NetLogo, si rifletterà sul ruolo della modellizzazione ad agenti e, più in generale, sull’utilizzo delle simulazioni di sistemi complessi nel contesto didattico, mettendone in luce le potenzialità nell’esplorazione di relazioni circolari micro-macro, dinamiche emergenti e pluralità di scenari possibili.

FyouTURES: costruire scenari collettivi desiderabili – Il laboratorio prevede la presentazione del gioco FyouTURES, uno strumento didattico sviluppato nel contesto della didattica dei cambiamenti climatici, con l’obiettivo di costruire collettivamente scenari climatici desiderabili per il 2100. Il gioco fa uso del simulatore EnROADS, prodotto dal gruppo di ricerca in Dinamica dei Sistemi del MIT, e invita i/le partecipanti a mettersi nei panni di un gruppo di policymakers alle prese con le complessità del mondo, specialmente quelle legate alla produzione di energia, alle modalità di trasporto, e ai processi di gestione delle risorse naturali. Il gioco è stato sviluppato nel 2023 all’interno del gruppo di ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Bologna, ed è già stato implementato con più di 200 studenti e docenti in diverse parti del mondo. Il laboratorio sarà diviso in due parti principali: una di presentazione dell’attività e delle idee che ci hanno portato alla sua costruzione, e una di gioco, in cui i/le partecipanti saranno invitati/e a calarsi nel ruolo di policymaker.

La rivoluzione fisica dei sistemi complessi – I sistemi complessi sono costituiti da un gran numero di elementi interagenti il cui comportamento collettivo emerge dalle interazioni stesse e non può essere ricondotto alla semplice somma delle proprietà dei singoli componenti. Dalle transizioni di fase nei sistemi fisici alle reti biologiche e sociali, molti di questi sistemi mostrano proprietà di universalità e invarianza di scala associate alla prossimità di punti critici In questo contesto, l’analisi del rumore rappresenta una sonda privilegiata della dinamica collettiva: una successione intermittente di eventi di ampiezza molto variabile che riflette l’organizzazione interna del sistema. Attraverso esempi che spaziano dalla fisica dei materiali, dal rumore di Barkhausen nei ferromagneti alla propagazione delle fratture, alla geofisica dei terremoti e delle valanghe, fino ai processi biologici quali evoluzione, regolazione genica e attività neurale, e ai fenomeni economici come le fluttuazioni dei mercati e l’accumulazione della ricchezza, la lezione discuterà come concetti sviluppati nella fisica statistica consentano di individuare principi comuni alla base di fenomeni complessi appartenenti a domini molto diversi.