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La crisi della fisica classica, l’avvento dei quanti e l’alba del pensiero sistemico

Scritto da Aldo Di Benedetto il 21.03.2014

La cultura scientifica e il senso comune: la sfida della complessità, seconda puntata

La crisi della fisica classica, l’avvento dei quanti e l’alba del pensiero sistemico

Tra la fine del XIX e gli inizi del XX secolo, la conoscenza scientifica ha subito decisivi impulsi di rinnovamento, dalla rivelazione delle leggi della termodinamica a quelle dell’elettromagnetismo. Con la scoperta della Relatività da parte di Einstein e con la nascita della fisica quantistica sono stati fatti passi importanti verso la costruzione di un nuovo paradigma scientifico.   

Albert_Einstein_1947

Tali progressi hanno messo in dubbio i principi di ordine e di certezze spostando l’attenzione sui concetti d’instabilità e d’indeterminazione, in tal senso resta celebre il principio d’incertezza coniato dal fisico Werner Heisemberg. 

Nell’ipotizzare il nuovo modello di atomo, Niels Bohr ha riconosciuto nella luce e nella materia un comportamento ambivalente, secondo i modi di osservazione adottati, sia di onda sia di particella, introducendo il principio di complementarietà a fronte di quello di non contraddittorietà, altro baluardo della logica classica; in una nelle sue opere più note egli afferma che  il soggetto da semplice spettatore diventa attore dello spettacolo della vita.   

Mentre  la concezione classica della fisica subiva profondi sconvolgimenti, il biologo organicista Lawrence Henderson coniò il termine di sistema – dal greco synestanai (mettere insieme), propiziando la nascita del pensiero sistemico, un nuovo paradigma che assume la centralità dell’organizzazione e il potere delle relazioni, in antitesi al pensiero meccanicistico che identificava nella struttura e nella funzione le basi della ricerca e della conoscenza. 

Scienza e complessità

Secondo la logica del pensiero sistemico, la conoscenza delle relazioni e delle interazioni tra le parti è fondamentale per comprendere la complessità organizzata delle strutture, tale per cui a ogni livello di maggiore complessità fanno il loro esordio proprietà emergenti che non esistevano a livello inferiore, allora il tutto non sarà uguale alla somma delle parti.

Più recentemente, il biofisico Mario Ageno  ha osservato nelle reazioni biochimiche cellulari, in particolare nei sistemi di regolazione dell’informazione biologica, effetti moltiplicatori centinaia, a volte migliaia di volte superiori alla causa scatenante, rivelando  l’analogia più espressiva di tale manifestazione,  quella   del  grilletto di rivoltella in cui l’energia impiegata per azionare il grilletto è notevolmente inferiore all’energia che fuoriesce dal detonatore.  Tale modello è indicativo nell’amplificazione a cascata dei processi che coinvolgono il sistema immunitario e il sistema nervoso. 

Scienza e complessità

Bisogna ricordare che il pensiero sistemico ha avuto la sua più grande considerazione con la nascita dell’ecologia e del concetto di ecosistema, in una prospettiva olistica, attraverso le relazioni che legano tutti gli organismi viventi alla Terra. Tuttavia fu Ludwig von Bertalanffy che coniò la Teoria generale dei sistemi conferendo piena dignità a una ricerca scientifica, nata nei primi anni 50 del XX secolo, che si è sviluppata dal dopoguerra in poi, alimentata dalle conoscenze della cibernetica che, a sua volta, ha introdotto principi di regolazione nei sistemi organizzati attraverso circoli di retroazione.  

Dal pensiero sistemico è derivato il concetto di rete, costituita da elementi interconnessi in forma non lineare ed estesa a tutte le direzioni; una rete diffusa di comunicazione alimentata da feedback e in grado di auto organizzarsi. E’ questo lo schema moderno che sostiene la comprensione dei sistemi viventi, in particolare delle reti complesse che vanno a comporre le miriadi di connessioni sinaptiche del sistema nervoso. 

L’effetto butterfly e l’origine del caos

Negli anni sessanta del secolo scorso il meteorologo Edward Lorentz, studiando un modello matematico applicato al clima, enunciò l’effetto butterfly, secondo cui il battito d’ali di una farfalla in Brasile potrebbe provocare nel tempo, un uragano in Europa, a notevole distanza. Secondo tal esperimento basterebbero piccole variazioni nelle condizioni iniziali per ottenere notevoli modificazioni a distanza di spazio e tempo. In seguito, tale risultato ha assunto la definizione di dipendenza sensibile alle condizioni iniziali, a dimostrazione che variazioni minime nelle condizioni iniziali possono dar vita a effetti non prevedibili a priori, mettendo in crisi la nozione di causalità lineare.   

Scienza e complessitàScienza e complessità

 

 

Attrattore di Lorentz

Tale concettualizzazione è stata la base per la nascita e gli sviluppi della teoria del caos.   

Tuttavia, il pensiero complesso ha raggiunto il suo massimo rilievo con Ilya Prigogine premio Nobel per la chimica nel 1977, che ha dedicato la gran parte della sua ricerca a quella che è stata definita termodinamica del non equilibrio e delle strutture dissipative. Secondo tale tesi, i sistemi viventi sono paragonabili a sistemi termodinamici aperti, che scambiano materia ed energia con l’ambiente; essi sono sottoposti a continue fluttuazioni che rendono il sistema instabile. In particolari condizioni, alcune di queste fluttuazioni possono amplificarsi a tutto il sistema spingendolo a evolversi verso un nuovo regime, completamente diverso dal precedente. 

Il punto in cui il sistema passa da uno stato a un altro è stato definito punto di biforcazione, ossia di scelta tra due nuovi possibili stati del sistema. Secondo Prigogine noi non possiamo prevedere il futuro di un sistema complesso, in quando quello che vediamo è l’evoluzione biologica e sociale, è la storia naturale del tempo. I sistemi dinamici che sono alla base della biologia sono sistemi instabili, essi procedono verso un futuro che non può essere determinato a priori perché tenderanno a produrre tante possibilità; per questo si parla di fenomeni irreversibili. Qui emerge il contrasto con la concezione del tempo della termodinamica classica, inteso come degradazione entropica, e con quella di Einstein che considerava il tempo un’illusione.

Secondo Prigogine, gli sviluppi della termodinamica del non equilibrio e della scienza della complessità ci propongono una conoscenza scientifica in cui “il tempo non è né illusione né degradazione ma creazione”.

 

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  • Tizi65 scrive:

    Questo articolo ci fa riflettere su come l’uomo, che spesso pensa di aver compreso appieno la natura, in realtá ha comunque una visione pur sempre parziale del mondo che lo circonda.