Giovanni Villani
Curriculum Vitae of Giovanni Villani
Dr. Giovanni Villani is a Senior Research Scientist at the Institute for the Chemistry of OrganoMetallic Compounds at CNR (Pisa, Italy). He is an expert in computational chemistry, quantum dynamics of biological processes, DNA and philosophical issues of chemistry.
His research interests include:
• Development of models and methods for applications on large systems of biological interest.
• Conceptual and fundamental chemical issues, included the autonomous role of chemistry between physics and biology and the question of the reduction of chemistry to quantum mechanics.
• Educational issues of chemistry.
In 2016-2018, he was President of Educational Chemical Division of Italian Chemical Society.
He is deputy director of the educational journal of the Italian Chemical Society "La Chimica nella Scuola".
He has published about over 150 papers on specialized journals and 5 books:
1) La Chiave del Mondo. Dalla Filosofia alla Scienza: l’Onnipotenza delle Molecole (CUEN, Napoli, 2001).
2) Complesso e Organizzato. Sistemi Strutturati in Fisica, Chimica, Biologia ed oltre (Franco Angeli, Milano, 2008).
3) Mendeleev. La Tavola Periodica degli Elementi (Grandangolo Scienza [distributed with the most popular Italian newspaper “il Corriere della sera”], Milano, 2017).
4) Chemistry: A Systemic Complexity Science (Pisa University Press, Pisa, 2017).
5) L’Interpretazione Chimica del Vivente. Fondamenti sistemici delle scienze della vita (Clueb, Bologna, 2023).
He is author with Marina Paola Banchetti-Robino of:
From the Atom to Living Systems: A Chemical and Philosophical Journey Into Modern and Contemporary Science (Oxford University Press, Oxford (UK), 2023)
He was author with others of several books, such as Conical Intersections. Electronic Structure, Dynamics & Spectroscopy (World Scientific Publishing, Singapore, 2004), Complessità dinamica dei processi educativi. Aspetti pratici e teorici (Franco Angeli, Milano, 2009), Strutture di mondo. Il pensiero sistemico come specchio di una realtà complessa (Il Mulino, Bologna, 2010) and I tanti volti della chimica. Percorsi innovativi per insegnarla e comprenderla (Clueb, Bologna, 2024),
He was editor of :
• Molecole. La chimica oggi: filosofia, scienza e ricerca avanzata (CUEN, Napoli, 2001)
• Riflessioni sulla Chimica: radici, specificità, attualità e prospettive, Vol. I e II (Rai Eri, Roma, 2004).
• The special issue “La chimica e le altre Discipline” of the journal "La Chimica nella Scuola".
He was editor of (with E. Aquilini, E. Ghibaudi and M. Venturi):
• I tanti volti della chimica. Percorsi innovativi per insegnarla e comprenderla (Clueb, Bologna, 2024),
He has organized several conferences and schools and has collaborated with important institutions, such as RAI (Rai Educational 2 and Radio3 Scienza), Scuola Normale di Pisa, Accademia dei Lincei di Roma, Istituto dell’Enciclopedia Italiana “Treccani”, Invalsi (Istituto Nazionale per la Valutazione del Sistema Educativo di Istruzione e di Formazione), Master in Comunicazione della Scienza di Trieste and Istituto di Cultura Italiana di Prague (Czech Republic).
He was referee of international projects (also for National Science Foundation (USA)) and national projects of Ministero dell’Istruzione - Ministero dell’Università e della Ricerca of Italian government.
He was invited to several scientific dissemination, such as Festival della Scienza di Genova, Festival della Chimica di Potenza, Pianeta Galileo, Festival Infinitamente di Verona, Street Science di L’Aquila and activities of the Science Museums.
Dr. Giovanni Villani is a Senior Research Scientist at the Institute for the Chemistry of OrganoMetallic Compounds at CNR (Pisa, Italy). He is an expert in computational chemistry, quantum dynamics of biological processes, DNA and philosophical issues of chemistry.
His research interests include:
• Development of models and methods for applications on large systems of biological interest.
• Conceptual and fundamental chemical issues, included the autonomous role of chemistry between physics and biology and the question of the reduction of chemistry to quantum mechanics.
• Educational issues of chemistry.
In 2016-2018, he was President of Educational Chemical Division of Italian Chemical Society.
He is deputy director of the educational journal of the Italian Chemical Society "La Chimica nella Scuola".
He has published about over 150 papers on specialized journals and 5 books:
1) La Chiave del Mondo. Dalla Filosofia alla Scienza: l’Onnipotenza delle Molecole (CUEN, Napoli, 2001).
2) Complesso e Organizzato. Sistemi Strutturati in Fisica, Chimica, Biologia ed oltre (Franco Angeli, Milano, 2008).
3) Mendeleev. La Tavola Periodica degli Elementi (Grandangolo Scienza [distributed with the most popular Italian newspaper “il Corriere della sera”], Milano, 2017).
4) Chemistry: A Systemic Complexity Science (Pisa University Press, Pisa, 2017).
5) L’Interpretazione Chimica del Vivente. Fondamenti sistemici delle scienze della vita (Clueb, Bologna, 2023).
He is author with Marina Paola Banchetti-Robino of:
From the Atom to Living Systems: A Chemical and Philosophical Journey Into Modern and Contemporary Science (Oxford University Press, Oxford (UK), 2023)
He was author with others of several books, such as Conical Intersections. Electronic Structure, Dynamics & Spectroscopy (World Scientific Publishing, Singapore, 2004), Complessità dinamica dei processi educativi. Aspetti pratici e teorici (Franco Angeli, Milano, 2009), Strutture di mondo. Il pensiero sistemico come specchio di una realtà complessa (Il Mulino, Bologna, 2010) and I tanti volti della chimica. Percorsi innovativi per insegnarla e comprenderla (Clueb, Bologna, 2024),
He was editor of :
• Molecole. La chimica oggi: filosofia, scienza e ricerca avanzata (CUEN, Napoli, 2001)
• Riflessioni sulla Chimica: radici, specificità, attualità e prospettive, Vol. I e II (Rai Eri, Roma, 2004).
• The special issue “La chimica e le altre Discipline” of the journal "La Chimica nella Scuola".
He was editor of (with E. Aquilini, E. Ghibaudi and M. Venturi):
• I tanti volti della chimica. Percorsi innovativi per insegnarla e comprenderla (Clueb, Bologna, 2024),
He has organized several conferences and schools and has collaborated with important institutions, such as RAI (Rai Educational 2 and Radio3 Scienza), Scuola Normale di Pisa, Accademia dei Lincei di Roma, Istituto dell’Enciclopedia Italiana “Treccani”, Invalsi (Istituto Nazionale per la Valutazione del Sistema Educativo di Istruzione e di Formazione), Master in Comunicazione della Scienza di Trieste and Istituto di Cultura Italiana di Prague (Czech Republic).
He was referee of international projects (also for National Science Foundation (USA)) and national projects of Ministero dell’Istruzione - Ministero dell’Università e della Ricerca of Italian government.
He was invited to several scientific dissemination, such as Festival della Scienza di Genova, Festival della Chimica di Potenza, Pianeta Galileo, Festival Infinitamente di Verona, Street Science di L’Aquila and activities of the Science Museums.
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Papers by Giovanni Villani
Today, the vast majority of physicists, many chemists and most biologists continue to support the schemes of the nineteenth century, with the opposite paradigm of “simplicity,” therefore ignoring the structure and the organization of the bodies. The situation is different in the new scientific disciplines (e.g. ecology) or in interdisciplinary areas (environmental sciences, materials, etc.) where, although without particular philosophical or conceptual consideration, the new paradigm of the systemic complexity is, in fact, predominant and used. In a philosophical context, the situation is moving on, but even in that context only the analysis of Morin results organic and general.
In the new systemic complexity view, there are no longer “simple” and “isolated” bodies. The universe, at every scale, consists of systems (structured and / or organized entities) that interact in complex ways with other systems and this makes the universe “complex and organized” - like the title of one of my books points out.
Here, this topic has been analyzed from the chemical point of view. We believe that modern Chemistry, as it has developed over the past two centuries after Lavoisier's revolution, can be seen as the scientific discipline that, by acknowledging the qualities of the real world, was able to give these qualities a scientific answer. By treating the molecule as a “complex system”, Chemistry has allowed us to incorporate the qualities of macroscopic objects into the microscopic world, making them part of a rational and scientific view of nature.
Andrebbe, poi, fatto un lavoro sociologico per spiegare perché, nei fatti, tale disciplina non riesce a esplicitare tutto il suo potenziale culturale, ma questo va oltre i limiti che ci siamo posti.
Quello di dare un nome alle sostanze, evitando i nomi arbitrari. Accanto a questo problema, e da supporto alla rappresentazione per nomi, si pone il problema della rappresentazione grafica. Accanto al problema grafico, con l’uso massiccio dei computer in chimica, si è posto un ulteriore problema, in parte grafico e in parte teorico, quello della “simulazione”. Vi è poi il problema chimico più classico, quello della classificazione. E, infine, il mondo delle macromolecole che condensa un po’ tutti questi aspetti.
Come si vedrà meglio in seguito, ciò equivale a parlare del tipo di spiegazione che fornisce la chimica e la sua specificità rispetto a quella fornita da altre discipline.
In questo articolo parleremo della realtà del mondo microscopico, lasciando al successivo articolo il compito di chiarire come questo mondo microscopico si connetta (e “spiega”) a quello macroscopico.
In questo lavoro e nel prossimo ci soffermeremo sul concetto di trasformazione, trattando sia gli aspetti generali in questo lavoro sia gli aspetti chimici nel prossimo, noti con il nome di reattività.
Today, the vast majority of physicists, many chemists and most biologists continue to support the schemes of the nineteenth century, with the opposite paradigm of “simplicity,” therefore ignoring the structure and the organization of the bodies. The situation is different in the new scientific disciplines (e.g. ecology) or in interdisciplinary areas (environmental sciences, materials, etc.) where, although without particular philosophical or conceptual consideration, the new paradigm of the systemic complexity is, in fact, predominant and used. In a philosophical context, the situation is moving on, but even in that context only the analysis of Morin results organic and general.
In the new systemic complexity view, there are no longer “simple” and “isolated” bodies. The universe, at every scale, consists of systems (structured and / or organized entities) that interact in complex ways with other systems and this makes the universe “complex and organized” - like the title of one of my books points out.
Here, this topic has been analyzed from the chemical point of view. We believe that modern Chemistry, as it has developed over the past two centuries after Lavoisier's revolution, can be seen as the scientific discipline that, by acknowledging the qualities of the real world, was able to give these qualities a scientific answer. By treating the molecule as a “complex system”, Chemistry has allowed us to incorporate the qualities of macroscopic objects into the microscopic world, making them part of a rational and scientific view of nature.
Andrebbe, poi, fatto un lavoro sociologico per spiegare perché, nei fatti, tale disciplina non riesce a esplicitare tutto il suo potenziale culturale, ma questo va oltre i limiti che ci siamo posti.
Quello di dare un nome alle sostanze, evitando i nomi arbitrari. Accanto a questo problema, e da supporto alla rappresentazione per nomi, si pone il problema della rappresentazione grafica. Accanto al problema grafico, con l’uso massiccio dei computer in chimica, si è posto un ulteriore problema, in parte grafico e in parte teorico, quello della “simulazione”. Vi è poi il problema chimico più classico, quello della classificazione. E, infine, il mondo delle macromolecole che condensa un po’ tutti questi aspetti.
Come si vedrà meglio in seguito, ciò equivale a parlare del tipo di spiegazione che fornisce la chimica e la sua specificità rispetto a quella fornita da altre discipline.
In questo articolo parleremo della realtà del mondo microscopico, lasciando al successivo articolo il compito di chiarire come questo mondo microscopico si connetta (e “spiega”) a quello macroscopico.
In questo lavoro e nel prossimo ci soffermeremo sul concetto di trasformazione, trattando sia gli aspetti generali in questo lavoro sia gli aspetti chimici nel prossimo, noti con il nome di reattività.
La meccanica quantistica ha modificato in due modi il concetto di struttura. La natura ondulatoria degli enti microscopici permette di chiarire l’aspetto globale di una struttura, permette cioè di comprendere uno dei suoi aspetti fondamentali. La seconda modifica consente di spiegare la “stabilità” della struttura e, in pratica, la sua stessa possibilità di esistenza. La variazione continua dell’energia della meccanica classica, infatti, impedisce, di fatto, la strutturazione che, per esistere, ha bisogno di resistere alle piccole perturbazioni dell’ambiente.
La struttura gerarchica della materia è un aspetto essenziale dell’attuale visione del mondo. In meccanica quantistica tale aspetto è legato alla scala quantica dell’energia (e della dimensione) e questa chiara ripartizione gerarchica della materia è tra i risultati più importanti che la fisica moderna pone al filosofo e alla costruzione di una generale visione del mondo. In questo contesto non va, comunque, trascurato l’aspetto temporale e la conseguente scala temporale.
Per arrivare all’atomo quantistico, partiremo dall’atomo del modello di Bohr del 1913 che rappresenta il primo modello atomico con la quantizzazione dell’energia (e delle orbite elettroniche). Confronteremo, infine, l’atomo classico e quello attuale per capire quali sono le caratteristiche dell’atomo dei Greci che si sono conservate e quali sono state sostituite nell’odierna visione atomica.
Con la Tavola di Mendeleev, da un punto di vista filosofico, l’universo si semplifica e si stratifica.
La chimica che emerge alla fine del XIX secolo, con gli elementi ben definiti e strutturati nella Tavola Periodica e con i composti strutturati a livello molecolare, mette insieme, in quella che poi sarà la visione della chimica moderna, l’uno e il molteplice, l’individuo e il gruppo.
The systemic and complex approach implies substituting unique bottom-up explanations, which move exclusively from the microscopically simple to the macroscopically complex, with a series of explanations that are horizontal within planes of complexity, vertically bottom up between various levels of complexity, vertically top-down, as well as circular in a manner that renders all levels of reality and the disciplines that study them as both autonomous and interconnected.
mondo materiale? In che cosa si differenzia da altre spiegazioni
scientifiche? Sono queste due domande generali a cui bisogna
dare risposta, per poi chiedere agli insegnanti di dare il “giusto
peso” formativo alla Chimica. È questa la specificità della
Chimica che, pur non essendo in opposizione ad altre discipline
scientifiche, richiede e pretende un peso culturale specifico
nella formazione del cittadino.
Questa sensibilità si sta trasferendo ora anche al mondo della scuola, il quale, per parte sua, si dibatte nella ricerca di una soluzione che garantisca la formazione degli studenti, la soddisfazione delle famiglie, le attese della società e la gratificazione dei docenti.
Dalle più recenti indagini è emerso che il rendimento scolastico dello studente è funzione non lineare di una serie di fattori che vanno al di là di quelli tipicamente scolastici, inglobando componenti socio-economiche, culturali ed anche affettive. Il sistema educativo manifesta cioè caratteristiche proprie dei sistemi complessi, e la sua progettazione non può prescindere dal considerare le interazioni con altri sistemi.
Questo testo rappresenta un tentativo di presentare al lettore italiano un quadro del sistema educativo e dei suoi problemi alla luce della teoria dei sistemi, in un momento in cui l'argomento è ancora oggetto di dibattito e di ricerca. Esso include contributi di docenti europei e americani di discipline molto diverse (filosofia, pedagogia, fisica, chimica, medicina, ingegneria, economia), raggruppati in sei parti (natura sistemica dell'educazione, sviluppo di creatività, relazioni tra scuola e Stato, valutazione, relazioni con il mondo economico, sviluppo di modelli quantitativi) corredate da introduzioni tematiche.
This approach often leads one to the conclusion that the age of the universe would not suffice to "explore" all possibilities. This is one reason why some people may be tempted to postulate intelligent design. What we want to highlight here is that, behind these arguments, there is a premise to be discussed: that of "all equally probable states".
We believe that the problem of calculating the probabilities of macromolecule formation needs to be reset.
Un altro aspetto essenziale da mettere in evidenza di questo libro è di tipo metodologico: esso persegue con impegno un approccio sistemico allo studio chimico del vivente. Come è evidenziato nel sottotitolo, sebbene non completamente sviluppati, i “fondamenti” sistemici dell’approccio al vivente sono parte integrante del libro.
The atomic theory and its philosophical implications were treated in a detailed and specialized manner in many chemical history books such as J. Hudson, The History of Chemistry (Springer) and, in a more general manner, in B. Pullman, The Atom in the History of Human Thought (Oxford University Press).
However, although the passage from the atom to the molecule has been treated in many specialized books, there are no books that treat this subject at the philosophical level. Similarly, the passage from molecules to macromolecules is very well developed at the scientifically specialized level, but it has not been treated in depth at the philosophical level. Finally, there are no books on the market that scientifically and philosophically trace the journey from atoms all the way through the many levels of complexity that take us to macromolecules and living organisms.
There are some books that consider the chemical and biochemical basis of life from a general and philosophical point of view, such as A. Pichot, Expliquer la vie, de l’âme à la molécule and F. Capra and P.F. Luisi, The Systems View of Life: A Unifying Vision (Cambridge University Press).
This book is aimed at an audience that includes not only historians and philosophers of chemistry, but also philosophers of biology and of science in general, as well as scholars working in the human and social sciences. Given the general relevance of the arguments considered, this book is also addressed to practitioners of the natural sciences who are interested in philosophico-scientific themes and who consider philosophical reflections to be important also for scientific research. The problem of the animate and inanimate aspects of the world, the differences, similarities, and boundaries between them, is not only one of the most fascinating themes for scientific reflection but is also a fertile terrain for new ideas in scientific research.
Già presidente della Divisione Didattica della Società Chimica Italiana (SCI), è oggi coordinatore del Gruppo Interdivisionale “Epistemologia e Storia della Chimica” e vicedirettore della rivista ‘La Chimica nella scuola’. Ha organizzato convegni e corsi sulle problematiche culturali in ambito chimico, collaborando con istituzioni scientifiche pubbliche e private internazionali. Ha partecipato ad eventi di divulgazione scientifica, come il Festival della Scienza di Genova, il Festival della Chimica di Potenza, Pianeta Galileo della Regione Toscana, Street Science (L’Aquila), oltre che ad attività culturali di molti musei scientifici.