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La cultura matematica a servizio del chimico: intervista a Matteo Stocchero

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Matteo Stocchero - S-IN Soluzioni Intormatiche srl

Matteo Stocchero

Matteo Stocchero si è laureato in chimica presso l’Università degli Studi di Padova dove conferisce il dottorato di ricerca in Scienze Chimiche nel 2003 lavorando nel gruppo di Chimica Teorica.  Dal 2004 lavora presso S-IN Soluzioni Informatiche occupandosi di strumenti informatici per la gestione dei dati analitici e modelli di dati.  Il suo attuale campo di ricerca è l’analisi statistica multivariata applicata a dati di tipo chimico.  E’ co-autore di diverse pubblicazioni su riviste internazionali.
La Redazione di Chimicare ha voluto intervistare Matteo, a pochi mesi dall’uscita del volume Chemoinformatica del quale è co-autore, per discutere insieme il ruolo della cultura della matematica non solo nell’articolazione dei piani di studi ma della stessa attività professionale del chimico.

Coloro che hanno una limitata cultura matematica tendono spesso a confondere questa disciplina con il semplice “fare di conto”, o più propriamente con il cosiddetto calcolo. Riusciresti a spiegare, pensando alla nonna di Einstein, la differenza tra questi due aspetti della questione?

la matematica nella chimicaCome prima osservazione vi sono tanti tipi di calcolo e fare di conto può voler dire fare azioni su semplici strutture come i numeri, oppure su matrici oppure coinvolgere operatori e così via.  Quindi anche” il semplice” fare di conto può non essere una cosa da sottovalutare.  La matematica utilizza i conti e il fare di conto secondo regole che derivano dalle caratteristiche dagli oggetti che definisce per giungere a risultati di valore generale e più ampio.  Gli oggetti sono gli ingredienti di base ed il calcolo è quindi da intendersi come uno degli strumenti della matematica.

Secondo te è possibile comprendere in modo profondo fenomeni elementari, come ad esempio il comportamento quantistico della materia, le particelle elementari, gli orbitali molecolari, ecc senza utilizzare strumenti di descrizione e manipolazione matematica?

Direi proprio di no, ma mi spiego meglio.  Non c’è dubbio che per dire di conoscere un fenomeno elementare oppure un fenomeno più complesso sia necessario avere elaborato una qualche teoria che si basi sulla matematica, senza la quale la conoscenza scientifica non può esistere.  Senza una teoria o un modello teorico esiste solo un insieme di dati o di osservazioni empiriche.  Quindi, la matematica è essenziale per la conoscenza scientifica e per la comprensione di ogni tipo di fenomeno, semplice o complesso che sia e saperla usare significa poter costruire conoscenza.  Tuttavia, si possono elaborare teorie matematiche più o meno facilmente comprensibili da un chimico.  Secondo me sarebbero da preferire quelle che il chimico può capire con il minimo sforzo anche a rischio di perdere un po’ di dettaglio nella comprensione dei fenomeni. Se questo non fosse possibile, è necessario che il chimico “impari la matematica che gli serve”.

Avendone io stesso “nel mio piccolo” utilizzati di differenti in ambiti diversi della ricerca chimica sono assolutamente convinto che la matematica utile per i chimici non sia “una” ma debba essere ricercata in modo ampiamente distribuito nello scibile trattato da questa disciplina. Pur nella consapevolezza di questa premessa, riusciresti ad indicarci una rosa di branche e di strumenti matematici maggiormente “visitate” dai chimici?

La chimica come tutte le scienze sperimentali utilizza diverse branche della matematica.  A seconda dell’ambito di azione della chimica esiste una matematica adatta.  Ad esempio, l’algebra lineare nella chimica quantistica, la teoria delle equazioni differenziali nella cinetica chimica, la teoria dei gruppi in spettroscopia ottica, l’analisi matematica in chimica analitica e così via.
La stragrande maggioranza dei chimici che ho avuto modo di conoscere, seppur impegnati in ruoli diversi – dall’analisi alla sintesi, dalla biochimica allo sviluppo di processo… – non utilizza per svolgere la propria attività professionale una matematica di livello superiore rispetto a quello fornito dalla maggior parte delle scuole secondarie di secondo grado. Quando proprio diventa necessario utilizzare strumenti matematici più complessi, ci si rivolge abitualmente a software specifici che fanno i calcoli per noi.

S-IN Soluzioni Informatiche

 A cosa può quindi servire una solida preparazione matematica nel piano di studi di un chimico?

E’ fondamentale. Il pericolo è che gli strumenti di calcolo informatici diventino il sostituto del nostro cervello e risultino delle black box. Ogni chimico dovrebbe utilizzare di più la carta e penna per capire prima ciò che i software fanno e poi usarli. Se si vuole affrontare problemi seri, purtroppo o per fortuna, la matematica delle scuole secondarie di secondo grado non è sufficiente. Nei lavori di “routine” forse questa è sufficiente…

Qual è il ruolo corretto che i software di calcolo dovrebbero rivestire nell’ambito dell’attività del chimico, tanto nella ricerca quanto nella routine quotidiana?

software di calcolo nella chimicaI software possono essere un importante strumento di supporto per la ricerca ed un utile strumento per limitare gli errori nella routine quotidiana. Bisogna, tuttavia, ricordare che i software fanno esattamente quello che gli si è detto di fare. Quindi, il loro utilizzo deve essere consapevole ed è necessario conoscere come sono stati costruiti. Perciò usare un software non deve voler dire ignorare la matematica o i modelli su cui il software si basa.

Esistono dei pericoli o delle “trappole” che andrebbero evitate, magari dal punto di vista epistemologico, nell’abuso di strumenti di elaborazione software nel campo scientifico?

L’abuso è in generale negativo in relazione a qualsiasi cosa.  In particolare, l’abuso di software potrebbe limitare la fantasia e la capacità di giudizio di chi li utilizza.  Ho visto lavori di inizio ‘900 dove per fare quello che oggi si fa con un click del PC si utilizzavano eleganza e intuito, forse oggi in parte perse dietro la potenza dei calcolatori moderni.

Calcolo, simulazione, previsione: uno degli scenari probabilmente più affascinanti, nonché utili, degli impieghi della matematica al servizio della chimica riguarda proprio la possibilità di individuare e sfruttare le relazioni esistenti tra la struttura di una molecola e le sue proprietà.  Quanto le relazioni struttura/proprietà costituiscono a tuo parere uno dei presupposti, quasi un assioma, della chimica moderna?  E di quali aspetti strutturali e di quali “proprietà” possiamo in questo caso parlare?

chemoinformaticaDa sempre ciò che distingue il chimico dagli altri scienziati è la centralità che la struttura chimica riveste nel suo modo di vedere il mondo. Il fisico ha una visione della materia come continuo, il chimico come fatta di molecole. Il biologo poi ragiona su scale più grandi.  Diverse proprietà chimico-fisiche o biologiche possono essere fatte risalire a proprietà della struttura molecolare.  Tuttavia non tutto può essere fatto risalire alle proprietà della singola struttura.  Quindi, la risposta è che alcune proprietà trovano spiegazione all’interno di una stretta relazione fra struttura-proprietà mentre altre devono essere studiate considerando l’interazione fra molecole e continuo.  La nostra capacità di modellare i fenomeni ha dei limiti e la tendenza moderna è quella di combinare le proprietà strutturali di singola molecola con approcci del continuo.

Università, Industria e… voi.  Come si colloca il ruolo di un’azienda di servizi come la S-IN nell’ambito della ricerca e dello sviluppo?

S-IN soluzioni informaticheS-IN fa ricerca applicata e riesce a mettere in comunicazione il mondo dell’Industria con quello della ricerca.  Tuttavia non bisogna dimenticare che S-IN è una azienda privata e che come tale deve dare da mangiare ai suoi dipendenti. Pertanto, bisogna sempre cercare collaborazioni, progetti, nuove aziende se si vuole continuare questo tipo di attività.  Ora, per fortuna si riesce a mangiare anche con la ricerca ed i servizi anche se non si fanno grandi abbuffate! (…nonostante qualcuno dica che con ricerca e cultura non si mangi).

Grazie Matteo.  Confidiamo sul fatto che questa eccellenza italiana possa contribuire al rilancio del settore Ricerca e Sviluppo nel nostro Paese…  E magari anche alla valorizzazione dell’approccio chemoinformatico nell’ambito della divulgazione scientifica, ambito nel quale la nostra associazione è da sempre impeganata.   A presto dunque!

 

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