BREVE RIFLESSIONE PERSONALE SU REALTA’ E SCIENZA del dott. Piero Pistoia; post aperto ad altri interventi

Per prendere visione di un breve curriculum dell’autore  andare al termine dell’articolo

realta-da-vicino-e-da-lontano in pdf; da aggiornare…non corrisponde ancora allo scritto successivo

BREVE RIFLESSIONE PERSONALE SU REALTA’ E SCIENZA 

a cura del dott. Piero Pistoia docente di ruolo di Fisica

PREMESSA

CENNI SU LEGGI SCIENTIFICHE, ALGORITMI, PROGRAMMI E ‘CELLULAR AUTOMATA’

Esempio di automa cellularesnowcristal0001Figura  ripresa a pag. 371 del testo di riferimento “A new kind of Science”, Publischer:  Wolfram media inc. di Stephen Wolfram

  • Il comportamento dei sistemi viene studiato con le leggi della scienza che forniscono opportuni algoritmi, o procedure opportune, in un programma, che gira su un computer, che è un veicolo tramite il quale gli algoritmi possono essere esplicitati ed applicati.
  • Gli oggetti fisici e le strutture matematiche vengono trasformati in numeri e simboli da elaborare in un programma (scritto ad hoc), che gira in conformità con gli algoritmi.
  • Il programma, nel girare, modifica quei numeri e simboli e in output otteniamo le conseguenze di quelle leggi.
  • Eseguire un programma in un computer assomiglia ad effettuare un esperimento. Però gli oggetti fisici di un esperimento in laboratorio sono soggetti alle leggi di natura, mentre quelli in un esperimento al computer non lo sono; essi obbediscono alle leggi espresse nel programma, la cui forma, può essere arbitraria, purché coerente.
  • In sintesi si ha così un’espansione dei confini della scienza sperimentale, consentendo di effettuare esperimenti in un universo ipotetico.
  • Il successo delle leggi scientifiche tradizionali, formulate in particolari funzioni e enti matematici, spesso deriva sia dalla loro semplicità matematica, sia dal porsi come modello di aspetti essenziali di un fenomeno.
  • Se invece una legge scientifica è ‘tradotta’ in un algoritmo, può acquistare forma arbitraria, purché coerente. Ne deriva che “la simulazione al computer ha reso possibile impiegare molti generi nuovi di modelli per i fenomeni naturali”; per es., un programma di calcolo di un modello chiamato “automa cellulare” ha reso possibile la formazione di un fiocco di neve. Allora molti sistemi complessi, non razionalizzabili con i metodi tradizionali della matematica, possono diventarlo in esperimenti e modelli al computer. E’ facile introdurre le leggi scientifiche la cui natura è algoritmica in un programma al computer.
  • Ma anche in processi dove non esistono formule matematiche semplici che li descrivono, è possibile inserire in un programma un algoritmo che lo faccia e l’esito di tale processo può essere dedotto dal programma stesso; l’algoritmo allora verrà considerato la legge fondamentale per la descrizione del processo.
  • Sorge spontanea la domanda cruciale: dividendo in due zone l’ Universo, l’una descrivibile con formule matematiche semplici e l’altra ‘costruibile’ con processi complessi, quale zona sarà predominante? 
  • Le equazioni differenziali sono gli strumenti per costruire la maggior parte dei modelli tradizionali dei fenomeni naturali. In alcuni casi è possibile trovare la soluzione completa dell’equazione in termini di funzioni matematiche ordinarie (soluzione esatta), negli altri casi, che si incontrano in un’ampia gamma di discipline, , si fa ricorso a soluzioni approssimate usando metodi numerici;  in certi casi queste soluzioni si perdono in comportamenti complessi, per cui si deve fare ricorso alla matematica sperimentale. Comunque le equazioni differenziali forniscono modelli adeguati per le  proprietà globali di molti processi fisici (reazioni chimiche, passeggiate aleatorie ecc).
  • Si incontrano moltissimi sistemi, in partenza con equazioni differenziali anche semplici,  le cui soluzioni si perdono in vortici e turbolenze, come appunto, per es.,  è il caso della turbolenza dei fluidi che si osserva quando l’acqua urta velocemente un ostacolo. Lo studio di questi sistemi sono riassunti in una nuova disciplina, “teoria dei sistemi complessi’, dove i percorsi si sviluppano in una successione di eventi deterministici, ma imprevedibili. Wolfram  tenta di dare soluzioni positive alle teorie della complessità per non rassegnarci all’inconoscibile con la computazione con particolari algoritmi (inventati da lui) più efficaci e vicini alla Natura di quelli della scienza tradizionale. Si pensa che esista un insieme di semplici  meccanismi matematici comuni a molti sistemi che danno origine ad un comportamento complicato (per es., la costruzione dei fiochi di neve): gli automi cellulari. “Anche un sistema di equazioni differenziali è in grado di descrivere lo sviluppo dei fiocchi di neve, ma il modello molto più semplice fornito dall’automa cellulare pare conservi l’essenza del processo con cui vengono create queste configurazioni complesse. Sembra che modelli analoghi funzionino bene anche per i sistemi biologici“, così afferma S. Wolfram nel suo articolo “Software nella Scienza e nella Matematica“, da  Le Scienze,  che ha guidato questa PREMESSA e il lettore interessato può trovare in esso chiarimenti e approfondimenti sui vari argomenti qui appena toccati; in particolare nell’ultima parte dell’articolo nominato si chiarisce e approfondisce con esempi e relative illustrazioni di computer grafica,  il significato e l’utilizzo del gruppo di algoritmi riferibili al ‘cellular automata’, in confronto con quelli della tradizione. Sempre dello stesso autore   il testo di riferimento “A new kind of Science”, Publischer:  Wolfram media inc., è consigliato per un più tecnico approfondimento. A prescindere dai nostri percorsi di conoscenza da sempre usati , allora l’Universo ‘costruisce se stesso’ come un elaboratore elettronico ‘simulando’ con specifici algoritmi? Esso ‘costruisce‘ nelle zone limitate coperte in qualche modo dalla scienza tradizionale anche la più avanzata, ma specialmente nelle altre, molto più diffuse, che resterebbero inconoscibili.
  • Secondo la mia ipotesi  di interpretazione, il limite della scienza degli umani riflette la limitatezza, argomentativa e creativa, della co-evoluzione,  attiva durante la loro esistenza sulla terra (almeno per 2 milioni di anni), subita dai centri cerebrali in particolare nella grande evoluzione darwiniana; riuscire a individuare algoritmi specifici propri del ‘Cosmo nel suo complesso’ è forse un nuovo modo di vedere il mondo e quindi di fare scienza, ‘A new kind of Science’, appunto!
  • Secondo il mio modesto parere rimarrebbe da precisare che cos’è che di fatto attiva ed accompagna nella sua esecuzione la ‘regola’ riassunta dagli algoritmi: è il background chimico-fisico-pulviscolare (attivazione) e la scelta di percorsi di minore energia (accompagnamento) od altro?

DA CONTINUARE…

UNA  RAPIDA RIFLESSIONE SULL’UNIVERSO: CHE COS’ E’ IL “REALE” PER I FISICI TEORICI

Da una parte, c’è, appunto,  Stephen Wolfram,  che a soli vent’anni al California Institute of Tecnology ottenne il PHD (dottorato) in Fisica Teorica, senza dare esami! presentando solo alcuni suoi lavori già pubblicati, con i suoi algoritmi trasferibili dal suo potente programma MATHEMATICA al Cosmo, che propone una nuova rivoluzione di idee attiva all’esterno della bottiglia col collo rovesciato di Wittgenstein. Sembra che la Natura non funzioni secondo matematica, geometria e fisica come affermava Galileo e tutti i fisici successivi; l’Universo non può ridursi ad astrazioni concettuali controllate dalla matematica, ma cresce (ontogenesi), evolve (filogenesi)  come un programma su un computer, che produce una successione di eventi. Wolfram scrive nel 2002 il grosso libro della sua vita (mille pagine con altrettanti outputs di computer grafica con relativi programmi scritti a partire dalla vers. quarta del MATHEMATICA), dal titolo “A new kind of Science”, Publischer:  Wolfram media inc., dove si precisa come il Cosmo nel suo complesso, compresa la vita, non è spiegabile secondo la scienza tradizionale, ma è un programma su algoritmi molto semplici che descrive e mette in atto un procedimento (es. il suo cellular automata, automa cellulare) che ‘costruisce’ foglie, alberi, nubi, le coste di isole, le forme degli animali e delle galassie… e quant’altro e non partendo da algoritmi basati su equazioni. E’ possibile individuare alcune regole semplici alla base di questo programma, ma il loro sviluppo matematico fisico di queste regole non permette di prevedere a lungo, ciò che poi è l’idea alla base della fisica della complessità (vedere i posts di questo blog relativi ai FRATTALI). In sintesi mi sembra di aver capito che Wolfram pensi di aver individuato all’interno di questo ‘programma universale’, non ancora risolvibile dal punto di vista computazionale se considerato nella sua totalità, gruppi di algoritmi che invece lo sono (per es., il suo cellular automata), che come tali (una serie ordinata di istruzioni in sequenza al di là di qualsiasi equazione matematica) un computer potrebbe elaborarli molto più velocemente di quello che farebbe la Natura, aprendo possibilità di ‘schiarire’ orizzonti futuri in anticipo, anche lontani, prima che si realizzino. Le Accademie, chiuse nella trappola di Wittgenstein, mi sembra abbiano ignorato questo evento culturale, che avrebbe potuto diventare forse anche grande (molti fisici teorici, almeno in Italia, neppure sanno chi è Wolfram  e inoltre non mi risulta che  il suo libro sia stato tradotto in italiano!), proprio come accadde a Galileo con la sua  Natura ‘risolvibile’ in geometria, rischiando il rogo (interpretazione tout-court). Un modo di screditare l’evento mi sembra sia stato anche quello di averlo paragonato alla ‘formula universale per tutte le scoperte’ che propose Moebius, il fisico teorico della commedia grottesca ‘I FISICI’ scritta nel 1961 e rivisitata nel 1981, il cui contenuto ruotava intorno ad un manicomio. DA PRECISARE E…..CONTINUARE

Dall’altra, c’è il mondo dei fisici teorici che cerca di guardare il ‘reale’ da due importanti punti di vista:

  • l’uno che cerca di razionalizzare il Tutto, il Caos, il mondo dei Frattali, tanto da ridefinirlo Caos Deterministico (Ilya Prigogine Nobel nel 1977) nel senso che sembra controllabile da equazioni anche se non lineari, le cui soluzioni lasciano però zone d’ombra piene di vortici, rimanendo così poco efficiente nelle previsioni del futuro, come già accennato;
  • l’altro punto di vista rivolge l’attenzione ai ‘mattoni’ che compongono la struttura portante del Cosmo, cioè le particelle elementari in espansione (ciascuna con una propria onda analoga a quella di Shroredinger) oggi controllabili anche dalle equazioni della Meccanica Quantistica Relativistica, riempiendo l’Universo di un ‘groviglio collettivo ‘(ENTANGLEMENT) di infiniti ‘oggetti quantistici’ interdipendenti che trovano la loro consistenza in una miriade di onde di probabilità in interazione che variano, in ogni punto, nel tempo e, ad ogni istante, nello spazio. Questo oceano in tempesta di onde di probabilità sarebbe la ‘realtà’ nel senso che, viste da lontano, (come le percepiscono l’uomo e gli animali) apparirebbero come nubi, boschi, animali, compreso l’uomo,oppure stelle o pianeti o tramonti o soli ….o il grosso leccio annoso che vedo dalla finestra o le erbacce, per es., la bonariensis (vedere i posts su un percorso floristico in questo blog), lungo un percorso di periferia (realtà apparente); mentre da vicino (lette attraverso il modello matematico offerto dalla Meccanica Quantistica Relativistica) riacquistano la loro essenza primigenia (la realtà vera) di oceano tempestoso di onde di probabilità interagenti comprensibile solo attraverso sistemi di equazioni matematiche della MQR.

Per chiarire questo ambiguo e duplice modo di guardare all’Universo proposto dalla fisica teorica alla ricerca della sua primigenia struttura, troviamo, nel quadro impressionista con le sue pennellate di colore individuali, un esempio analogico, ripreso come concetto dal testo “Il Bosone di Higgs”, RBA, 2015. Da qualche metro di distanza la pittura appare con le macchie di colore che sfumano costruendo la figura riportata nel quadro. Però se ci avviciniamo, la figura sembra scomparire e più guardiamo da vicino, percepiamo sempre più le macchie colorate separate. Se poi, immaginando anche che più ci si avvicina più le macchie fluttuino modificando colore e posizione (per cui in ogni punto si potrebbe trovare un qualsiasi colore, anche se con più probabilità quello corrispondente al disegno), ci si perderebbe in un caos di colori. Concludendo, anche se è vero che in un punto può apparirci anche ora un bianco ora un nero e così via, in effetti a circa qualche metro rivedo la pittura originale. Che cosa è più vero l’insieme delle macchie di colore separate o la pittura? Che cos’è allora la Realtà? Quella che vedono e con la quale interagiscono gli animali o quella che ‘vede’ il sistema di equazioni della MQR? E le emozioni, i sentimenti … che, densi, anche loro veicolano energia?

Prima della scoperta del Bosone di Higgs le particelle elementari non avevano ancora una massa! 

Boh!

Leggere e confrontare anche  il post provocatorio dello stesso autore “La teoria e la realtà”.

CHI E’ L’AUTORE (traccia): Curriculum di Piero Pistoia

Piero Pistoia, diplomato negli anni ’50 presso il Liceo Classico Galileo Galilei di Pisa, è dottore in Scienze Geologiche con lode e, da borsista, ha lavorato e pubblicato presso l’Istituto di Geologia Nucleare di Pisa, misurando le età degli “strani” graniti associati alle ofioliti (1) e studiando i serbatoi di gas e vapori della zona di Larderello. Successivamente ha scritto una cinquantina di articoli pubblicati a stampa, a taglio didattico-epistemologico, di cui circa la metà retribuiti secondo legge,  dagli editori Loescher, Torino, (rivista “La Ricerca”), La Scuola di Brescia (“Didattica delle Scienze”), a controllo accademico ed altri, affrontando svariati problemi su temi scientifici: dall’astrofisica all’informatica, dall’antropologia culturale all’evoluzione dell’uomo, dalla fisica alla matematica applicata e alla statistica, dalla geologia applicata al Neoautoctono toscano, dall’origine dell’Appennino alla storia delle ofioliti, alle mineralizzazioni delle antiche cave in Val di Cecina (in particolare su calcedonio, opale e magnesite) ecc..  En passant, ha scritto qualcosa anche sul rapporto Scienza e Poesia, sul perché la Poesia ‘vera’ ha vita infinita (per mere ragioni logiche o perché coglie l’archetipo evolutivo profondo dell’umanità?); ha scritto alcuni commenti a poesie riprese da antologie scolastiche e,  infine decine di ‘tentativi’ poetici senza pretese. Molti di tali lavori sono stati riportati su questo blog. (2)

(1) L’età dei graniti delle Argille Scagliose, associati alle ofioliti, al tempo alla base della falda in movimento, corroborò sia l’ipotesi che esse fossero ‘strappate’ dal basamento ercinico durante i complessi  eventi che costruirono la catena appenninica, sia, indirettamente, rafforzò la teoria a falde si ricoprimento nell’orogenesi appenninica. Fu escluso così che il granito associato alle ofioliti derivasse, almeno non in tutti i casi, da una cristallizzazione frazionata (serie di Bowen) da un magma basico od ultrabasico.

(2) Piero Pistoia ha superato concorsi abilitativi nazionali, al tempo fortemente selettivi (cioè non frequentò mai i famigerati Corsi Abilitanti, fortemente voluti dai sindacati dei docenti!), per l’insegnamento, in particolare, nella Scuola Superiore per le seguenti discipline: Scienze Naturali, Chimica, Geografia, Merceologia, Agraria, FISICA e MATEMATICA. Le due ultime materie sono maiuscole per indicare che Piero Pistoia in esse, in tempi diversi, fu nominato in ruolo, scegliendo poi la FISICA, che insegnò praticamente per tutta la sua vita operativa.

Pochi anni prima che l’ITIS di Pomarance fosse aggregato al Commerciale di Volterra il dott. prof. Piero Pistoia fu nominato Preside Incaricato presso questo istituto dal Provveditorato agli Studi di Pisa, ottenendo il massimo dei voti.

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