La natura è governata da molte leggi fisiche, alcune delle quali scoperte e teorizzate dai più grandi fisici e matematici, implementate nella società grazie al lavoro svolto dagli ingegneri. Ogni legge fisica ha bisogno di valide persone per poter apprenderne il pieno significato, dal matematico al fisico per spiegare il senso delle cose da diversi punti di vista, passando per l’ingegnere con la realizzazione pratica. Alcune persone affermano che non c'è differenza tra uno scienziato, sia esso un fisico o un matematico, e un ingegnere, mentre altri pensano che queste professioni siano totalmente separate gli uni dagli altri. Ingegneri, fisici, matematici, hanno forti opinioni su quello che fanno, poiché scoprono, inventano e cercano di migliorare la nostra società.
Introduzione
Gli scienziati sono quelle persone che creano le teorie, gli ingegneri, invece, le implementano. Non lo sanno ma si completano gli uni con gli altri, pensano in maniera diversa ma alla fine giungono di solito alla stessa soluzione tecnico-scientifica. L’obiettivo degli scienziati è capire che cosa accade nel mondo naturale, porsi delle domande sul perchè di tali fenomeni descrivendoli con opportuni metodi matematici. A differenza degli ingegneri che utilizzano le teorie fondate dagli scienziati per realizzare nuovi sistemi impiegati nella società.
L’importanza del lavoro
La scienza è principalmente teoria, la parte sperimentale vede l’organizzazione del lavoro sia da parte di scienziati sia da ingegneri per mettere a punto i sistemi destinati a scoprire il fenomeno fisico. Gli scienziati sono in un certo senso “romantici”, fanno ricerca perchè quello è il loro principale obiettivo, ad ampio respiro e senza preoccuparsi degli sviluppi pratici. Gli ingegneri fanno invece affidamento ai dettagli pratici, l’utilità nella società e i profitti dei sistemi progettati o da progettare. In generale la fisica è una disciplina che studia gli atomi e i loro movimenti attraverso l'ambiente terrestre. Si occupa dello studio dell’energia e delle varie forze disponibili nell’universo. L’elettronica per esempio è una branca della fisica che studia il moto degli elettroni, ovvero analizzare attraverso le leggi fisiche la loro propagazione per poter definire un compito ben preciso (figura 2). Il progettista o ingegnere elettronico fa uso di tutte quelle scoperte nell’ambito della fisica della materia, al fine di assemblare transistor, diodi, mosfet, il tutto in maniera opportuna secondo le leggi circuitali per realizzare un qualcosa di sensato: smartphone, computer etc (Figura 1).
Proprio gli smartphone rappresentano un conubio perfetto tra la fisica delle onde elettromagnetiche scoperte da Maxwell, e l’ingegnerizzazione elettronica/informatica di un sistema utile alla società.
Un fisico ama conoscere i dintorni di macchine e oggetti, mentre un matematico ne descrive il modello con opportune equazioni, a differenza di un ingegnere che vorrebbe sapere l'efficienza operativa delle macchine e l'interazione con i vari elementi.
Figura 1: La motherboard di un computer
Figura 2: Spettro elettromagnetico
Tra fisica e matematica, essenzialmente possiamo riassumere le differenze in due campi principali: innanzitutto l'ambito dei soggetti, e in secondo luogo l'approccio adottato. Il campo di applicazione della fisica è come già detto la realtà, l'universo, i fenomeni naturali. Il fisico spiega questi fenomeni attraverso la creazione di teorie che producono previsioni che sono state testate da esperimenti attraverso il metodo scientifico. In questo ultimo caso è molto probabile trovare ingegneri che svolgono il lavoro del fisico (sperimentale) o viceversa. Il campo di applicazione della matematica è tutto ciò che si può immaginare; il tutto attraverso la creazione di teoremi e modelli basati su catene di ragionamento logico per differenti campi applicativi: biologia, medicina etc. La crittografia, i modelli in generale, descrivono tutta una serie di fenomeni che derivano da uno studio approfondito di regole matematiche, per alcuni addetti forse svolgono un ruolo oscuro ma sicuramente fondamentale per la descrizione del fenomeno (Figura 3). E' raro trovare un ingegnere che conosca la meccanica quantistica o relatività generale, oppure un matematico che abbia utilizzato la formula di Friis per la trasmissione dei segnali tra antenne, così come un fisico che si sia imbattuto con i controllori PID.
Figura 3: l’algoritmo di crittografia si basa sullo studio delle curve ellittiche, Elliptic Curve Cryptographic ( ECC )
Considerazioni
Fisici, matematici, ingegneri, entrambi svolgono un lavoro di notevole prestigio, forse talvolta poco apprezzato; come gli scienziati (fisici, chimici, biologi etc), senza gli ingegneri non avrebbero creato le loro scoperte, senza gli ingegneri i ricercatori farebbero un lavoro sprecato. Così come i fisici insieme ai matematici hanno scoperto e formulato una teoria per l’esistenza delle onde gravitazionali, insieme agli ingegneri hanno messo a punto dei sistemi per poter misurare l’intensità e quindi rilevarle. In poche parole, gli scienziati tendono a sviluppare teorie in termini universali. Un ingegnere invece tende a scoprire cose utili in pratica da utilizzare nella vita quotidiana. Per esempio, lo scienziato può ricercare e scoprire alcune proprietà di un materiale, gli ingegneri cercano come utilizzare queste proprietà in maniera ottimale tenendo in considerazione l'efficienza, costi e altri aspetti di interesse. C'è una sovrapposizione tra la scienza e l'ingegneria, si possono trovare fisici (sperimentali) che fanno il lavoro di un ingegnere, e nello stesso tempo fisici con l’obiettivo di mettere a punto dei sistemi/macchine, così come un matematico alle prese con qualche software di analisi dati. L’ingegnere e lo scienziato alla fine lavorano per uno scopo unico, in maniera differente e con tecniche differenti, rappresentando, di fatto, nella stessa misura un elemento essenziale per la scoperta di nuove teorie.
Maurizio, leggendo il tuo articolo, ho riflettuto sul legame che intercorre tra matematica, fisica ed ingegneria. Secondo me, la fisica ha (ovviamente) bisogno della matematica, ma anche dell’ingegneria (difatti la ricerca fisica necessita di vari strumenti, molti dei quali ad alto contenuto tecnologico); mentre l’ingegneria ha palesemente bisogno sia della matematica che della fisica. Ma la matematica non necessita né della fisica né dell’ingegneria: anche se queste ultime due sparissero essa continuerebbe ad esistere. Non sei d’accordo?
All’inizio dell’articolo hai scritto: “Alcune persone affermano che non c’è differenza tra uno scienziato, sia esso un fisico o un matematico, e un ingegnere”. Ora, sorvolando sull’imperfezione sintattica della frase :), veramente conosci gente che pensa che un fisico, un matematico e un ingegnere siano la stessa cosa? Per pensare una cosa del genere bisogna avere seri problemi a livello neuronale. 🙂
Ci sono differenze tra scienziati ed ingegneri, non ci sono dubbi, ma non tutti lo sanno…forse perchè non sanno minimamente che lavoro fanno e le relative mansioni. Personalmente ho lavorato con tutti, poi ho studiato sia fisica sia ingegneria quindi capisco le differenze, ho visto matematici fare il lavoro degli ingegneri nell’ambito della progettazione dei sistemi di controllo con l’uso dei filtri kalman etc, fisici progettare sistemi DAQ con labview per esempio, ingegneri (elettronici) fare analisi dati con matlab e progettare rivelatori per esperimenti scientifici. Resta il fatto che l’obiettivo di un progetto ruota attorno a scienziati (fisici, biologi dipende da cosa si sta facendo) ed ingegneri/tecnici.
Anch’io, quando mi occupai di progettazione, creazione e gestione di database relazionali, feci un lavoro più da ingegnere che da matematico.
Ciao Maurizio,
articolo molto bello, complimenti per il tuo stile comparativo (anche se io, naturalmente, faccio un po’ il tifo per gli scienziati…)
La matematica è la regina delle scienze, nasce dalla Logica Matematica e si, non ha bisogno delle altre scienze, apparentemente. Infatti anche se dovessimo dimostrare matematicamente che una certa formula possa spiegare un certo fenomeno naturale a questo punto serve la fisica per dimostrarlo sperimentalmente altrimenti rimarrebbe un argomento astratto. Oppure appena entra in gioco il teorema dell’incompletezza di Goedel, qui la matematica necessita di sotegno. Direi che alla fine tutte queste discipline si devono compensare l’un l’altra per andare avanti e migliorarsi nel tempo. Se fossero andate ognuna nella propria strada non ci sarebbero stati risultati positivi quasi sicuramente. Tuttavia la Matematica e la Fisica per alcune cose vanno avanti anche indipendentemente sia l’una rispetto all’altra sia rispetto alle altre discipline. Ma la matematica anche su questo detiene il potere forte! lei è sempre basata sulla logica razionale matematica su cui si basa il nostro pensiero.. l’istinto? io non sono ancora convinto che la sua fonte non sia comunque di tipo logico razionale!
Come dici tu si compensano, ognuno ha il suo contributo (importante). Resta il fatto che all’interno di un progetto un matematico ha bisogno di un ingegnere…
Certamente, in un progetto la multidisciplinarità è d’obbligo…. anzi si sa che sicuramente la matematica è intrinseca su ogni altra disciplina. Nel commento precedente alludevo ad una situazione che sia fuori da un progetto. Non so la ricerca di un nuovo teorema in matematica. Oppure la Fisica per un nuovo principio fisico. Ma quando si arriva al progetto per una dimostrazione sperimentale, o un progetto igengeristico la multidisciplinarietà è chiamata all’appello.