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Fisica

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Elettroni a ritmo di danza
Spaziodinamica e Psicofisica
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Processi di astrazione
CERN: nuovo acceleratore LHC
La quinta dimensione
L'uno e il molteplice
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L'esistenza della realtà
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Il concetto di tempo in fisica
La fisica e San Francesco
Neutrini per la geofisica
Quando la fisica accelera
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Determinismo
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La particella di Dio
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Flusso di energia fra le molecole
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Il più grande magnete al mondo
Un nuovo tipo di ecciplesso
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Mosse molecole con la luce
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Teletrasporto quantistico
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Complesso e complicato
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L'effetto BEFS
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I magneti Cms
Come si apre una busta
I requisiti dell’ordine
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Quanto vive un neutrone
Un BEC molecolare
Un modello per il traffico
Caos e complessità
Una metrica su insiemi
Scoperto il nucleo Nichel-48
Mit: record da « brivido »
L'attrazione di cariche uguali
Concepiti i qutrit
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Una nano-lampadina molecolare
Una nuova forma di materia
Risolti i flussi turbolenti
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I sistemi complessi
Calcolo quantistico
L’interferometro Virgo
Alterata la velocità della luce
Le proprietà dell'idrogeno
Il perceptron
Memorizzati dati in una molecola
La complessità
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Scoperta la particella Ds (2317)
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L'orario scolastico
Scoperto l’idrogeno-7
Correlazione quantistica
La teoria delle stringhe
Circuiti fotonici
Limite per la massa del fotone
Mescolati olio e acqua
Campi magnetici in laboratorio
La quantistica
Uno stato molecolare nuovo
Il decadimento del renio 187
Energia degli atomi antiprotonici
La violazione della simmetri CP
La violazione della simmetria CP
Propagazione dell'informazione
INFN: scopi e origini
Magnetismo a scala atomica
Una luce all'attosecondo
Un materiale rivoluzionario
Un condensato di cesio
Innovativi nanotubi di carbonio
Levitazione acustica
La termodinamica
Mistero matematico svelato
Le Stargate di Albert Einstein
La religione secondo la fisica
L'idrogeno
Complesso e complicato
Complesso e complicato


di: Oscar Bettelli

Il problema è intanto quello di capire la differenza non solo linguistica, ma anche fortemente epistemotogica che corre fra due termini che sono solo apparentemente simili: complicato e complesso.

Oggi la scienza ha compreso che nella conoscenza della realtà non si tratta soltanto di raccogliere un numero considerevole di dati relativi ad un fenomeno, per meglio definirlo, e che non è il numero elevato di variabili in gioco a stabilire la presenza di una complessità, quanto piuttosto il loro essere visibilmente intrecciate in una rete di relazioni. Ciò che fa davvero la differenza tra due concetti di complesso e complicato è la scoperta che tutti i fenomeni, soprattutto quelli legati al mondo del vivente, mostrano un'apparente mancanza di ordine nella propria evoluzione e a volte nella stessa struttura, caratteristiche che non permettono di ricostruire certe serie di eventi, come quelle della biologia contemporanea, se non come processi caotici.

Il contesto entro cui la scienza contemporanea parla di una scoperta della complessità si individua così nella scoperta del carattere imprevedibile di alcuni fenomeni, e nella comprensione del fatto che:

  • nella scienza non esistono oggetti semplici, cioè la ricostruzione di un evento osservato sembra rispondere a leggi deterministiche ma va ben oltre queste leggi;

  • la previsione dello stato futuro di un sistema può sembrare possibile, ma a costo di ridurre qualitativamente la portata di un fenomeno studiato;

  • le qualità riscontrate in un oggetto studiato non sono proprie di quell’oggetto, ma sono la risposta della sua interazione con l'osservatore, sono il suo "modo di vederle".

Questo rappresenta il vero punto di partenza di ogni possibile riflessione sul ruolo stesso della scienza, sulla sua ricerca di una coerente immagine del mondo.

Il criterio che permette di differenziare complicatezza e complessità dovrebbe comunque scaturire anche dall'evidenza del limite intrinseco alle spiegazioni che la scienza "classica" ha dato dei fenomeni, quelle cioè che puntano a semplificare, a ridurre, a sminuire la portata di un fenomeno, ad ignorare le innumerevoli relazioni possibili fra fenomeni ed eventi diversi. Quindi, nel momento in cui si prende coscienza dell'esigenza di una nuova situazione teorica si dovrebbero, per cosi dire, ridisegnare anche gli strumenti e le procedure d'indagine della scienza e il sistema delle pratiche sperimentali di ogni disciplina.

Tutto questo implica un notevole spostamento di prospettiva: si mostra anzitutto come ogni idea di esattezza nella scienza, se è scaturita da una concezione del Mondo come meccanismo semplice, sia fittizia. Di conseguenza, si è manifestato il carattere puramente descrittivo delle leggi scientifiche, la loro incapacità, cioè, di andare oltre la semplice supposizione di uno stato di cose, di spiegare davvero un fenomeno, fatto questo che mette sotto una luce diversa anche il concetto di osservazione e di esperimento, nonché quello di verità.

"Una goccia d'acqua che si spande nell'acqua, le fluttuazioni delle popolazioni animali, la linea frastagliata di una costa, I ritmi della fibrillazione cardiaca, l'evoluzione delle condizioni meteorologiche, la forma delle nubi, la grande macchia rossa di Giove, gli errori dei computer, le oscillazioni dei prezzi Sono fenomeni apparentemente assai diversi, che possono suscitare la curiosità di un bambino o impegnare per anni uno studioso, con un solo tratto in comune: per la scienza tradizionale, appartengono al regno dell'informe, dell'imprevedibile dell'irregolare. In una parola al caos. Ma da due decenni, scienziati di diverse discipline stanno scoprendo che dietro il caos c'è in realtà un ordine nascosto, che dà origine a fenomeni estremamente complessi a partire da regole molto semplici."

(J.Gleick, pioniere di una nuova scienza, Chaos)

Nella scienza classica, il caos era per definizione, assenza di ordine.

Oggi è considerato una dimensione retta da leggi non definibili, infatti, il concetto di disordine è inteso come complessità.

La teoria del caos è nata quando la scienza classica non aveva più mezzi per spiegare gli aspetti irregolari e incostanti della natura; è innanzitutto una teoria scientifica, nata su sperimentazioni fisiche, biologiche, matematiche, socio-economiche, che ha cambiato l'aspetto del mondo e che in un secondo tempo è stata sintetizzata nelle arti espressive, facendo la sua apparizione nello studio di fenomeni meteorologici.

Le applicazioni pratiche di questa teoria sono dirette nei più svariati campi, in quanto essa permette, con la sua visione della realtà, di scegliere tra una grande abbondanza di opportunità e di raggiungere il principale obbiettivo della scienza oggi e di sempre trovare per mezzo di quali regole è governato 1' universo e in che modo possiamo usarlo ai nostri fini come vagheggiava Bacone. Nell'affermazione di George Santayana "Chaos is a name for any order that produces confusion in our minds", si conferma che il caos, questo punto, non può più essere visto come casualità e totale mancanza di ordine, ma unicamente, come un ordine così complesso da sfuggire alla percezione e alla comprensione umana; un ordine con una logica stocastica e inestricabile dove le regole dell'antica idea di armonia platonica non siano più riscontrabili.

Di conseguenza, i sistemi caotici non possono più essere interpretati esclusivamente come imprevedibili anche se irregolari. È fondamentale sottolineare che il caos non è sinonimo di caso (curiosamente suo anagramma) come la logica potrebbe indurre a pensare e non si può parlare di completo disordine, in quanto i sistemi caotici, alla luce delle nuove scoperte della teoria del caos, sono sistemi dinamici sempre prevedibili a breve termine e, quindi, riconducibili ad una logica nuova più o meno complessa. Si può, dunque, paradossalmente affermare, in base a precise scoperte scientifiche, che nel caos c'è ordine.

La nazione di "organizzazione" evidenzia un processo che si dimostra innanzi tutto imprevedibile, non deterministico, partecipe al tempo stesso di ORDINE e DISORDINE, di condizioni di equilibrio e di non equilibrio.

Alla luce di questo la natura ci si presenta sempre più come una realtà difficilmente definibile determinabile. Infatti venuta attualmente meno la pretesa di un suo completo dominio, ci sembra vada meglio avvicinata l’interno di una ricerca aperta che tenga conto di tutti gli elementi che intervengono ; elementi che evidenziano una certa discontinuità ed ambiguità nella nozione di natura.

In tal modo non trovano più posto tutti i modelli riduzionisti e continuistici di spiegazione. Emerge, invece, una qualche libertà nelle strutture fisiche non deterministiche inteso; perciò diventa impassibile un suo perfetto padroneggiamento oggettivo.

La natura in quanto tale, si presenta in sé imprevedibile disponibile verso sempre nuove ed inedite possibilità di sintesi le quali prendono inevitabilmente corpo qualora si verifichino certe circostanze. La nuova visione della natura dunque oscilla tra condizioni vincolanti e libertà tra loro dinamicamente convesse. Evidentemente questo conferisce un certo valore all’idea che nella natura vi sia un certo progresso, una sua storia, che non è tuttavia assolutamente indicabile. Come ha giustamente osservato Italo Mancini a proposito della teoria delle catastrofi elaborata da René Thomson, sono ora di fronte ad una ribellione in favore del nuovo, dell’inedito, del dispotismo. Le ragioni del diverso di fronte all’identico.

La natura al contrario di quanto sostiene Monod, non si trova in un equilibrio morto, dove l’organizzazione del vivente è semplicemente un’eccezione e deve non ci sono le idee di progresso e libertà, ma bensì è qualcosa di organizzato da leggi che regolano il processo tra ordine e disordine. Di conseguenza possiamo affermare che l’universo è in continua trasformazione è in progresso per le sue intrinseche possibilità e trova spiegazione non dentro di sé, ma altrove.

Questo suggerimento è alla base dell'attuale riflessione sulla natura. Tale apertura conferisce maggior spazio alla libertà umana che resta irriducibile rispetto ad ogni tentativo di dominio o di comprensione della natura. Ciò restituisce un valore positivo all'uomo che, senza sentirsi schiacciato dalla natura, vi si avvicina per trascenderla.

Di siffatta apertura partecipa anche il sapere scientifico stesso.

Infatti la natura in quanto realtà non omogenea ed estremamente complessa, ci appare resistere ad ogni intento conoscitivo inglobante, comprendente, anche per i limiti insiti nel metodo scientifico. Di conseguenza la natura ci si mostra sempre come circoscritta entro i molteplici linguaggi della scienza; di qui l'impossibilità inoltre di sbarazzarci delle nostre conoscenze che sono sempre linguisticamente confinate entro "mappe" o "modelli" che ovviamente non sono la realtà, bensì livelli o aspetti particolari di essa, che resta in sé attingibile.

E in questo spazio di irriducibilità teorica e pratica che si situa una diversa intelligibilità della natura; un'intelligibilità che è estremamente dipendente per un verso dai condizionamenti del nostro conoscere e, per l'altro, da un'emergenza ontologica che sembra affacciarsi dall'epistemologia contemporanea.

Cimentarsi nella ricerca di una definizione esauriente dei fermenti del nostro tempo appare un'impresa quanto mai rischiosa e, sotto parecchi aspetti, sterile.

Il compito sarebbe più facile e interessante se ci si limitasse ad un'analisi condotta attraverso l'individuazione di alcune parole chiave, intese come guide per posare lo sguardo sulla realtà.

Una di queste parole da usare come lente di ingrandimento, soprattutto per esplorare il campo del sapere a noi più vicino, quello della filosofia e della scienza, potrebbe essere senz'altro il termine "crisi".

La storia del pensiero scientifico e filosofico contemporaneo è infatti segnata, già a partire dalla fine del XIX secolo dalla progressiva presa di coscienza di un lento ma inesorabile dileguarsi delle certezze, dei fondamenti teorici e pratici del sapere. Uno alla volta, tutte le categorie del pensare e dell'agire scientifico e filosofico, idee e concetti ritenuti immutabili come il tempo, lo spazio, il rapporto tra cause ed effetto, sono stati messi alla prova.

Assunta consapevolezza di ciò, su un piano più teorico ed intellettuale si è ritenuto che una delle possibili linee di azione fosse, da un lato, quella di trovare nuove risposte, più adeguate al tempo che stiamo vivendo, agli interrogativi classici della filosofia, intesa ancora come sguardo critico sul mondo; dall'altro, si è cercato di costruire un'immagine il più possibile confortante del lavoro e delle prospettive della scienza, la quale ha mantenuto la speranza di continuare a ricoprire il ruolo ereditato dal tempo di Newton e Galileo, di fare illuminante dell'esistenza umana. Su un piano meno astratto, la crisi che caratterizza il nostro secolo è però una crisi di tipo esistenziale, profonda e diffusa a livello globale; nessun aspetto della nostra vita ne è immune, a partire da questioni come la salute, i mezzi di sussistenza, la qualità dell'ambiente e dei rapporti sociali, l'economia, la tecnologia. Si è sviluppata insomma la coscienza di una serie impressionante di emergenze, che coinvolgono l'umanità, a tutti i livelli in un tentativo di ricerca di nuove soluzioni. L'immagine stessa della filosofia e della scienza ne risulta quindi modificata: il sapere ereditato dall'età moderna, per poter sopravvivere, deve mettere in discussione uno dopo l'altro tutti i suoi fondamenti, ma soprattutto deve scoprirsi ancora capace di calarsi nella vita reale, e rispondere alle domande sempre più pressanti che essa gli pone.

I sistemi complessi, formati da moltissime parti che interagiscono tra loro, hanno alcune caratteristiche tipiche. [cfr. Kauffman]

Stabilità I sistemi complessi tendono a mantenersi stabili nonostante i cambiamenti ambientali. Questo viene realizzato con dei circuiti di retroazione negativa che traggono informazione dall'ambiente. Maggiore la complessità del sistema, e maggiore può essere la sua stabilità. Un termostato che regola la temperatura in una stanza è formato da un solo circuito di retroazione, e infatti non ha una grande flessibilità: per esempio non può nulla contro la rottura di una finestra.

Finalità I sistemi complessi sembrano sempre avere un comportamento finalizzato, nel senso che le loro dinamiche tendono ad ottenere un determinato stato. Gli organismi cercano di mantenersi in vita, di nutrirsi, riprodursi, ecc.; ma anche sistemi economici e sociali a volte si dirigono ostinatamente (?) verso determinati esiti, nonostante i tentativi di controllarli.

Procedura Le procedure sono un'altra caratteristica di certi sistemi: sequenze di azioni che vengono effettuate per determinare un certo risultato (l'esempio classico è la ricetta di cucina). I sistemi più versatili scelgono la sequenza in modo versatile a seconda delle situazioni.

Adeguamento dei comportamenti Alcuni sistemi si riprogrammano, adeguando i propri comportamenti in modo da evitare un errore: apprendono dai propri errori.

Anticipazione È una caratteristica che permette ai sistemi di anticipare i cambiamenti ambientali, rilevando "segni premonitori" e prendendo contromisure prima che il cambiamento vero e proprio si verifichi.

Interazione con l'ambiente In alternativa al modificare i propri meccanismi interni in risposta all'ambiente, un sistema può agire direttamente sull'ambiente per modificarlo. Molti animali fanno questo (vengono in mente, per esempio, i castori), ma è l'homo sapiens ad avere il primato in questa abilità.

Riproduzione Molti sistemi complessi creano altri esemplari di se stessi. Questo è tipico di tutti gli organismi viventi, ma lo stesso principio opera nelle comunità che si riproducono, le aziende che aprono nuove sedi, e così via.

Autoriparazione Una caratteristica tipica dei sistemi biologici e sociali, rara invece nelle macchine. Gli esseri viventi riparano i propri danni; lo stesso si può dire di una società danneggiata, di una città di cui sono demolite delle parti, e così via.

Riorganizzazione Alcuni sistemi complessi riescono a modificare la loro stessa struttura interna per adeguarsi alle situazioni. È tipico dei sistemi sociali (cambiamenti di forma di governo, di strutture organizzative, ecc); anche i sistemi biologici in qualche misura lo fanno (l'esercizio fisico fa aumentare le masse muscolari). Lo stesso si può dire per i sistemi mentali (i famosi "cambiamenti di paradigma"!).

Autoprogrammazione È la possibilità di inventare i propri scopi, nonché i metodi per conseguirli. È una cosa che si rileva solo nei sistemi di massima complessità: gli esseri umani.

L'aumentare della complessità in un sistema va in genere a suo vantaggio, perché lo rende più versatile. Tuttavia vi sono alcuni problemi tipici legati alla complessità che si incontrano non di rado. [cfr. Kauffman]

La tragedia dei comuni Questo tipo di problema si riassume così: quando un sistema è formato da sottosistemi, questi possono assumere degli obiettivi in conflitto tra loro, che causano danni a tutto il complesso. Questo fenomeno viene chiamato tragedia dei comuni dal titolo di un saggio dell'ecologista Garret Hardin sui "pascoli comuni" dell'Inghilterra medievale. "Comuni" significa che questi pascoli potevano essere utilizzati da qualunque membro della comunità per alimentare le proprie greggi. In pratica questa mancanza di vincoli fa sì che ogni pastore sfrutti al massimo i pascoli disponibili per avere più pecore, e innalzare così il proprio standard di vita. Ma dal momento che ogni pastore ha interesse ha ragionare in questo modo, le pecore totali aumenteranno a dismisura, e ciò fa sì che l'erba venga mangiata fino alla radice, desertificando il terreno e, nel lungo periodo, portando la comunità a una miseria ancora maggiore. Vi sono due aspetti degni di nota in questa situazione:

  • Il disastro generale è prodotto da una serie di decisioni che, singolarmente, sono prese al fine di migliorare la situazione;
  • Il problema non può essere risolto con l'autodisciplina dei singoli, perché basta anche un singolo pastore "avido" per causare il disastro. Occorre una forma di controllo comune.

In generale, la tragedia dei comuni è in agguato ogni qual volta un problema viene affrontato da un punto di vista inferiore a quello che realmente coinvolge. In ultima analisi, i problemi ecologici del nostro pianeta rappresentano un esempio allarmante di questo fenomeno.

Il costo dell'informazione La "tragedia dei comuni" sembrerebbe suggerire che i problemi si risolvono al meglio prendendo tutte le decisioni al livello più alto. Ma è noto che anche centralizzare troppo ha pesanti inconvenienti: vorrebbe dire un apparato decisionale di dimensioni abnormi, e, specialmente, un apparato ancora più grande e costoso per racccogliere tutte le informazioni necessarie a prendere tutte le decisioni. In realtà non esiste una soluzione perfetta a questo dilemma tra accentramento e decentramento. L'accentramento riduce i conflitti tra sottosistemi e evita i problemi dei "comuni", ma con pesanti costi di gestione e di raccolta delle informazioni. D'altro canto, decentrare le decisioni aumenta la velocità e la flessibilità, a rischio però di conflitti tra le parti. La regola empirica da seguire è la seguente: Prendere ogni decisione al livello più basso possibile, ma essere preparati a cedere il controllo a un livello superiore in caso di conflitti. I sistemi biologici effettuano da soli questo procedimento: la maggior parte delle nostre funzioni corporee sono svolte in modo autonomo e inconscio, lasciando la mente libera per altri compiti. Solo quando qualcosa non va siamo "avvertiti" di porvi la nostra attenzione (per esempio con un dolore). In generale, si ripropone il dilemma del controllo: occorre sempre un compromesso tra il prezzo delle variazioni accettabili del sistema e il costo dei sistemi di controllo (più sono stretti, e più sono "costosi": controllo stretto significa meccanismi complicati, maggiore dispendio di energie, e minore flessibilità. Si pensi al controllo dei comportamenti accettabili o meno dalla società).

La perdita della prevedibilità Un sistema molto complesso riesce ad essere molto