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DARWINISMO ARCHITETTONICO NUOVE GEOMETRIE ARCHITETTONICHE 13 Giugno 2009 Limonaia di Palazzo Ruschi Pisa Silvia Morante Dipartimento di Fisica Università

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Presentazione sul tema: "DARWINISMO ARCHITETTONICO NUOVE GEOMETRIE ARCHITETTONICHE 13 Giugno 2009 Limonaia di Palazzo Ruschi Pisa Silvia Morante Dipartimento di Fisica Università"— Transcript della presentazione:

1 DARWINISMO ARCHITETTONICO NUOVE GEOMETRIE ARCHITETTONICHE 13 Giugno 2009 Limonaia di Palazzo Ruschi Pisa Silvia Morante Dipartimento di Fisica Università di Roma Tor Vergata Homo geometricus: evoluzione delle forme

2 Cosa plasma le forme? forme naturali forme artificiali Le leggi della fisica Luomo Realizzazione (rapida) di forme altamente improbabili

3 Probabilità di realizzazione spontaneaEnergia libera Energia libera = -TS + U - termine entropico + energia interna fluttuazioni termichecampo di forze forma = struttura stabile (in quel tempo, in quel luogo) destabilizzanti condizionante

4 Levoluzione della materia dal Big Bang (t=0) a oggi (t~12x10 9 anni) determinata da: leggi di simmetria e di conservazione gravità, elettromagnetismo, interazioni deboli, interazioni forti Allinizio cera Un plasma di quarkgluoni leptoni protoni e neutroni idrogeno, deuterio... nebula primordiale

5 Levoluzione della materia dal Big Bang (t=0) a oggi (t~12x10 9 anni) determinata da: leggi di simmetria e di conservazione gravità, elettromagnetismo, interazioni deboli, interazioni forti Allinizio cera Un plasma di quarkgluonileptoni protoni idrogeno La nebulosa Orione è una fucina di polvere e gas rotanti dove si stanno formando migliaia di stelle Le giovani stelle cariche di energia trasformano lambiente attorno ad esse emettendo getti di gas caldo e rilasciando onde durto supersoniche e venti stellari

6 Galassia a spirale Due galassie in interazione Spirali

7 Spira mirabilis (Torricelli) stabilità dinamica: equilibrio tra forze gravitazionali e forze di velocità crescita per espansione

8 Spirale logaritmica

9 subunità poligonali di dimensione crescente spirale logaritmica approssimata

10 Spirali...e sfere

11 tempo di formazione di un sistema solare ~ anni

12 levoluzione dellevoluzione Cambiamenti di scala dallevoluzione del cosmo allevoluzione dei sistemi viventi le forme evolvono ad una velocità inversamente proporzionale alle loro dimensioni tempi

13 DaA decimi di secondo (normalizzando letà dellUniverso ad un anno solare) Big BangFormazione della Terra Formazione della TerraPrime forme di Vita Prime forme di VitaMammiferi MammiferiHomo sapiens Homo sapiensOggi200

14 tempo di formazione di una stella ~ anni tempo di formazione di un umano ~ 20 anni tempo di formazione di una cellula 20 minuti 20 ore

15 Cambiamenti di scala Ø oggetto dimensioni (m)ordine di grandezza (m) Terra = 10 7 Giove = 10 8 Sole Scorpii VY Canis Majoris x10 12 Via Lattea anni luce (al)*10 21 Universo al1.5x10 26 virus( ) m # batterio( ) m cellule eucariotciche( ) m altezza uomo11 lunghezza balena blu1510 altezza albero più alto il più grande organismo vivente 50005x10 3 * 1 al = m ~ m # 1 m = m = m

16 dimensioni di una stella ~ m dimensioni di un umano ~ 1 m dimensioni di una cellula ~ 0.1 m m

17 Levoluzione della materia dal Big Bang (t=0) a oggi (t~12x10 9 anni) determinata da: leggi di simmetria e di conservazione gravità, elettromagnetismo, interazioni deboli, interazioni forti ma se gli oggetti sono piccoli* non la gravità è rilevante, ma la tensione superficiale * piccoli = composti da poche molecole e di dimensioni paragonabili al mezzo in cui si muovono

18 Forma sferica: forma con superficie minima per un dato volume Tensione superficiale: contrazione fino alla superficie di area minima* La forma sferica appare dove il corpo è soggetto solo (prevalentemente) alle forze di interazione molecolare * naturalmente minima è da intendersi in senso relativo (relativamente alle forze in gioco)

19 Una molecola in contatto (legata) ad unaltra si trova in uno stato di energia minore rispetto ad una molecola non in contatto Una molecola allinterno ha tutti i possibili contatti che non sono possibili per una molecola alla superficie Lo stato di energia minima in un liquido corrisponde allo stato di superficie minima qualsiasi increspatura sulla superficie ne aumenta larea la superficie tende ad essere liscia (come una massa tende a scendere a valle in un campo gravitazionale)

20 ma le cellule virali hanno bozzi e crateri sulla loro superficie (capside) quasi-sferica

21 Virus: potenziale genetico limitato scarso livello di complessità leggi di simmetria Capside:composto da molte copie di una singola (poche) proteina tenuto insieme da interazioni proteina-proteina Un singolo tipo di proteina tipi di interazione limitati Geometrie favorite: identico intorno per ogni molecola di proteina (~ cristallo) Un singolo tipo di proteina elica

22 Il capside della maggior parte dei virus è di forma icosaedrica. Licosaedro regolare è il modo migliore di formare una shell chiusa con subunità identiche. Un icosaedro è una superficie le cui facce sono 20 triangoli equilateri identici (a). Nella maggior parte dei capsidi icosaedrici ciascuna faccia triangolare è formata di tre subunità identiche (b). Il capside è quindi formato da 60 subunità. forma quasi-sferica moto browniano

23 moto verso un obiettivo forme fluido-dinamiche......e cambiamenti dinamici di forma

24 protozoo pianta lievito in riproduzione globulo rosso fibroblasto cellula nervosa bastoncello

25 I sistemi viventi sono sistemi complessi Sono costituiti da molti elementi # di costituenti elementari (atomi) atomo 1 amino acido10 proteina cellula corpo umano5x10 28 (nucleoni)

26 La variabilità più che la numerosità (gas perfetto) caratterizza un sistema complesso (~ 300 amino acidi) Proteine possibili sequenze diverse! (solo ~10 7 espresse) 10 6 reale repertorio di Ab Sistema immunitario10 7 il repertorio disponibile 10 8 linfociti neuroni Cervello x sinapsi 3x10 9 basi (DNA umano) Genoma4 n con n = 3x10 9 possibili genomi (solo mut/sec) Eigen Sono costituiti da molti tipi di elementi

27 Le strutture vive devono organizzarsi in forme contro la naturale tendenza al disordine

28 mare di materia cellula aumento di disordine aumento di ordine

29 REAZIONE SPONTANEA al passare del tempo LO SFORZO ORGANIZZATIVO RICHIEDE ENERGIA

30 Levoluzione della materia dal Big Bang (t=0) a oggi (t~12x10 9 anni) determinata da: leggi di simmetria e di conservazione gravità, elettromagnetismo, interazioni deboli, interazioni forti Levoluzione delle forme artificiali determinata da: necessità pratiche (utensili, vestiti, rifugi, armi, attrezzature scientifiche, mezzi di trasporto...) esigenze estetiche (arti figurative, strumenti musicali, architettura...) esigenze economiche e v o l u z i o n e d e l l e v o l u z i o n e luomo artefice

31 Ricetta (nientaffatto rapida) per fare un uomo Ingredienti: 15 kg di carbonio 4 Kg di azoto 1 Kg di calcio 500 g di fosforo 200 g di sodio 150 g di potassio 150 di cloro un pizzico di altri quindici elementi (selenio, litio e vanadio in quantità minima) Sciogliere il tutto in circa 40 litri dacqua (per preparare lacqua si devono combinare 5Kg di idrogeno e 35 Kg di ossigeno). Aspettare qualche miliardo di anni. Si raccomandano ingredienti di origine controllata in particolare: idrogeno e litio dal big-bang (15 miliardi di anni) carbonio costruito dentro una stella nella fase terminale della sua vita, unendo 3 atomi di elio ossigeno dalla fusione di carbonio ed elio nel nòcciolo di stelle caldissime ferro dalla cenere di stelle esaurite calcio, fosforo, zolfo, cloro, sodio e azoto da caldissime fucine stellari. tracce di elementi più pesanti dalle supernove Liberamente tratto da Nati dalle stelle di Piero Bianucci, responsabile del supplemento "Tuttoscienze" della Stampa

32 Gli artefatti: dallimitazione alla sfida... e ritorno

33 dallimitazione...

34 alla sfida...

35 e ritorno!

36 ma ci sono anche forme che luomo ha imitato senza nessuna consapevolezza...

37 flagello dellE.coli

38 batteriofago

39 ... dato un problema due individui (!?) intelligenti (!?) troveranno la stessa soluzione economica elegante funzionale la più ma ci sono anche forme che luomo ha imitato senza nessuna consapevolezza perchè...


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