COPIA DEL 1° CAPITOLO da “CAOS “ di GLIECK-
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La polizia della cittadina.di LOS Alamos, nel New Mexico, fu
messa per qualche tempo in allarme, nel 1974, dalla notizia di
un uomo che qualcuno aveva visto aggirarsi furtivamente nel
buio, una notte dopo l’altra, la lucina rossa della sua sigaretta
oscillante nell’ombra delle strade più solitarie. 1 Camminava per
ore, apparentemente senza meta, sotto la luce delle stelle che oc
chieggiavano attraverso l’aria sottile delle mesas. I poliziotti non
furono gli unici a porsi domande. Al National Laboratory alcu
ni fisici avevano appreso che il loro nuovo collega stava, facendo
esperimenti su giornate di ventisei ore: ciò comportava che le
sue ore di veglia stavano lentamente spostandosi rispetto alle lo
ro, tornando a coincidere solo dopo vari giorni. Questo fatto
a.veva degli aspetti un po’ strani, persino per la Divisione Teo
nca.
Nei tre decenni trascorsi da quando J. Robert Qppenheimer
aveva scelto questo irreale paesaggio del New Mexico per il pro
getto della bomba atomica, il Los Alamos National Laboratory
si era allargato su un’estensione di altopiano desolato, popolan
dola di acceleratori di particelle e di laser a gas e di impianti
chimici, di migliaia di scienzati e di amministratori e di tecnici, .
oltre che di una delle massime concentrazioni di supercomputer
a livello mondiale. Alcuni fra gli scienziati più anziani ricorda
vano le costruzioni in legno sorte in gran fretta sulla roccia al
l’orlo dell’altopiano negli anni Quaranta, ma per la maggior
parte del personale di Los Alamos -giovani uòmini e donne
che indossavano pantaloni di fustagno stile college e camicie da
lavoro – i padri della bomba non erano altro che fantasmi del
passato. Il centro del pensiero nella sua espressione più pura, al
Laboratory, era la Divisione Teorica, nota come divisione T,
esattamente come i computer erano la divisione C e le armi la
divisione x .. Più di cento fra matematici e fisici lavoravano nella
divisione T, ben pagati e liberi da pressioni accademiche riguar-
do a didattica e pubblicazioni. Questi scienziati avevano fami
liarità con un pensiero brillante e talvolta eccentrico. Difficil
mente si sorprendevano per qualcosa.
“‘– Mitchell Feigenbaum, però, era un caso insolito. Aveva pub
blicato soltanto un articolo, e non stava lavorando su nulla che
sembrasse promettere qualcosa di particolarmente interessante.
I suoi capelli erano una criniera incolta, gettata all’indietro dal
la fronte spaziosa, nello stile dei busti dei compositori tedeschi.
Il suo sguardo era mobile e intenso. Quando parlava, sempre
con rapidità, tendeva a lasciar cadere articoli e pronomi in uno
stile vagamente mitteleuropeo, anche se era nato a Brooklyn.
Quando lavorava, lo faceva in modo ossessivo. Nei periodi in cui
non poteva lavorare, camminava e pensava, di giorno o di notte, .
e la notte era per lui la parte migliore della giornata. La giorna
ta di ventiquattr’ore sembrava gli andasse stretta. Nondimeno il
suo esperimento sulla quasi -periodicità personale finì quando
egli decise che non poteva più sopportare di svegliarsi al tramon
to, come doveva accadere ogni pochi giorni.
A ventinove anni aveva già acquisito una cultura scientifica
eccezionale ed era diventato di fatto un consulente ad hoe a cui
molti scienziati si rivolgevano per esaminare con lui problemi
particolarmente ostici, sempre che riuscissero a rintracciarlo.
Una sera Feigenbaum arrivò al lavoro proprio quando il diretto
re del laboratorio, Harold Agnew, stava andandosene. Agnew
era una figura potente, uno degli storici apprendisti stregoni di
Oppenheimer. Nell’agosto del 1945 si era recato in volo su Hiro
shima con un aereo carico di strumenti che aveva accompagnato
l’Enola Gay, a fotografare la consegna del primo prodotto del
laboratorio.
«Capisco che lei è molto intelligente», disse Agnew a Feigen
baum. «Ma se lei è così intelligente, perché non risolve il proble
ma della fusione laser ?» 2
‘Persino gli amici di Feigenbaum si chiedevano se avrebbe
mai prodotto qualcosa di suo. Per quanto fosse incline a realiz
zare magie estemporanee in risposta alle loro domande, non
sembrava interessato a dedicare ricerche proprie a un qualche
problema che ne valesse la pena. Meditava sulla turbolenza nei
liquidi e nei gas. Rifletteva sul tempo: scorreva in avanti in mo
do continuo oppure a salti, in modo discreto, come la sequenza
di fotogrammi di un film cosmico? Ponderava sulla capacità
dell’occhio di vedere colori e forme coerenti in un universo che,
come ben sanno gli scienziati, è un mutevole caleidoscopio
quantico. Elucubrava sulle nubi, osservandole dai finestrini del-
l’aereo (finché, nel 1975, i suoi privilegi per viaggi scientifici fu
rono ufficialmente sospesi per averne egli abusato) o nel corso
delle sue camminate sulle colline che dominavano il laboratorio.
Nelle cittadine di montagna del West le nubi assomigliano
ben poco alle basse foschie scure, dai contorni indefiniti, che ad
densano l’aria nell’Est degli Stati Uniti. A Los Alamos, sottoven
to a una grande caldera vulcanica, le nubi si spandono in cielo,
in configurazioni casuali sì, ma a volte anche non a caso, rima
nendo immobili in formazioni a punta uniformi o arrotolandosi
in disegni con solchi regolari come materia cerebrale. In un po
meriggio temporalesco, quando il cielo luccica e trema in attesa
dell’esplosione delle scariche elettriche, le nubi sono sospese a
quasi cinquanta chilometri di altezza, filtrando la luce e riflet
tendola, finché il cielo intero sembra assumere l’aspetto di uno
spettacolo allestito come un sottile rimprovero ai fiSici. Le nubi
rappresentavano un aspetto della natura che i fisici avevano tra
scurato’ un aspetto che era a un tempo vago e dettagliato, strut
turato e imprevedibile. Feigenbaum meditava su cose come que
ste, in modo quieto e improduttivo. Per un fisico la creazione
della fusione laser era un problema legittimo; svelare l’enigma
dello spin, del colore e del sapore di piccole particelle era un
problema legittimo; datare l’origine dell’universo era un proble
ma legittimo. Capire le nubi era un problema di competenza dei
meteorologi. Come altri fisici, Feigenbaum usava, nella valuta
zione di tali problemi, un vocabolario gergale. Dire che una cer
ta cosa era ovvia significava che poteva essere capita da ogni fisi
co di un certo livello dopo un’appropriata riflessione e i calcoli
opportuni. L’espressione «non ovvia» veniva usata per indicare
ricerche che imponevano rispetto e che potevano condurre al
Premio Nobel. Ai problemi più difficili, i problemi che non si
potevano risolvere se non dopo avere scrutato per molto tempo
nelle viscere dell’universo, i fisici riservavano parole come pro
fondo. Nel 1974, anche se pochi suoi colleghi lo sapevano, Fei
genbaum stava lavorando su un problema profondo: il caos.
Dove comincia il caos si arresta la scienza classica. Finché il
mondo ha avuto fisici che investigavano le leggi della natura ha
infatti sofferto di una speciale ignoranza sul disordine presente
nell’atmosfera, nel mare turbolento, nelle fluttuazioni delle po
polazioni di animali e piante allo stato di natura, nelle oscilla
zioni del cuore e del cervello. L’aspetto irregolare della natura,
il suo lato discontinuo e incostante, per la scienza sono stati dei
veri rompicapo o peggio mostruosità.
Ma negli anni Settanta alcuni scienziati, negli Stati Uniti e in
Europa, cominciarono a trovare una via per orientarsi nel disor
dine. Erano matematici, fisici, biologi, chimici, tutti alla ricer
ca di connessIOnI fra diversi tipi di irregolarità. I fisiologi trova
rono un ordine sorprendente nel caos che si sviluppa nel cuore
umano, -la causa prima della morte improvvisa, inspiegata. Gli
ecologi esplorarono l’espansione e il declino di popolazioni di fa
lene. Gli economisti andarono a recuperare vecchi dati sui prez
zi delle merci e tentarono un nuovo tipo di analisi. Le nozioni
che ne emersero condussero direttamente nel mondo naturale:
la forma delle nubi, la traiettoria del fulmine, l’intreccio micro
scopico di vasi sanguigni, gli ammassi gal attici di stelle .
. Quando Mitchell Feigenbaum cominciò a meditare sul caos
a Los Alamos, apparteneva a un gruppetto esiguo di scienziati
disseminati in tutto il mondo, che neppure si conoscevano fra lo
ro. Un matematico a Berkeley, in California, aveva formato un
piccolo gruppo dedito alla creazione di un nuovo studio di «siste
mi dinamici». Un biologo delle popolazioni alla Princetòn “Uni
versity si accingeva a pubblicare un’appassionata perorazione a
tutti gli scienziati perché studiassero il comportamento sorpren
dentemente complesso che si celava in alcuni modelli semplici.
Un geometra che lavorava per la IBM cercava una nuova parola
– per descrivere un,!..faJ!ljgliit di f0!!ll~ – seghettate, frastagliate,
aggrovigliate, spezzate, contorte, rotte -::: che conside!ay’!. un
principio organizzatore in natura. Un fisico matematico france
se aveva appena avanzato là tesi controversa che la turbolenza
nei fluidi potesse avere qualcosa a che fare con un’astrazione
bizzarra, infinitamente aggrovigliata, da lui chiamata,agrat!.ore
strano.
Un decennio dopo la parola «caos» è diventata un’espressio
ne concisa per designare un movimento in rapida crescita che
sta plasmando ex novo il tessuto dell’ortodossia scientifica. Oggi
congressi e riviste sul caos si moltiplicano. Negli Stati Uniti am
ministratori di programmi governativi incaricati di distribuire
fondi alla ricerca scientifica per le forze armate, la CentraI In
telligence Agency e il ministero dell’Energia hanno assegnato
somme sempre maggiori alla ricerca sul caos e hanno creato spe
ciali burocrazie per la gestione dei finanziamenti.P In tutte le
università principali e nei centri di ricerca di tutte le maggiori
società commerciali alcuni teorici si dedicano principalmente
allo studio del caos, e solo secondariamente alle loro specialità
nominali. A Los Alamos fu fondato un Center for Nonlinear
Studies per -Zoordinare la ricerca sul caos e su problemi affini:
istituzioni simili sono apparse nelle università in tutto il paese.
Il caos ha creato speciali tecniche per l’uso- di computer e
speciali tipi di immagini grafiche, figure le quali colgono una
struttura fantastica e delicata che sta alla base della complessi
tà. La nuova scienza ha generato un proprio vocabolario, un
elegante linguaggio tecnico di frattali e biforcazioni, intermit
tenze e periodicità, attrattori strani e diffeormofismi piegati.
Questi sono i nuovi elementi del moto, 4 esattamente come, nella
fisica tradizionale, ..9,uark e gluoni sono i nuovi.elementi della
materia. Per alcuni fisici il caos è una scienza di processo anzi
ché di stato, 5di divenire anziché di essere.
Ora che la scienza lo sta cercando, pare che il caos sia pre
sente dappertutto. Una colonna ascendente di fumo di sigaretta
si rompe in spire irregolari. Un rubinetto gocciolante passa da
un ritmo regolare a uno casuale. Il caos fa la sua apparizione nel
comportamento dei fenomeni meteorologici, in quello di un ae
reo in volo, nei raggruppamenti di automobili su un’autostra
da.” nelle modalità di flusso del petrolio in oleodotti sotterranei.
In qualsiasi campo, il comportamento obbedisce sempre alle
stesse leggi scoperte di recente. Questa presa di coscienza ha co
minciato a modificare il modo in cui i dirigenti d’azienda pren
dono decisioni sulle assicurazioni, quello in cui gli astronomi
considerano il sistema solare, nonché il modo in cui i teorici par
lano delle tensioni politiche che conducono a un conflitto arma
to.?
Il caos valica le linee di demarcazione fra le varie discipline
scientifiche. Essendo una scienza concernente la natura globale
dei sistemi, ha raccolto -pensa tori di campi in precedenza al
quanto lontani fra loro. «Quindici anni fa la scienza era avviata
verso una crisi di crescente specializzazione», osservò un ufficiale
della Marina degli Stati Uniti incaricato dei finanziamenti alla
ricerca, rivolgendosi a un pubblico formato da matematici, bio
logi, fisici e medici~Oggitale specializzazione si è vistosamente
rovesci~~J..~eguenza_del caos». 8 Il caos pone problemi che
sfidano i modi accettati di lavorare nella scienza. Esso avanza te
si forti sul comportamento universale della complessità. I primi
teorici del caos, gli scienziati che misero in moto la disciplina,
avevano in comune certe forme di sensibilità. Essi avevano un
occhio per le strutture, specialmente per strutture che appariva
no nello stesso tempo a scale diverse. Avevano un debole per la
casualità e per la com lessità, per margini frastagliati e per salti
bruschi. I credenti nel caos – che a volte chiamano se stessi cre
denti, O convertiti, o evangelisti – meditano sul determinismo e
sulla libertà del volere, sull’evoluzione, sulla natura dell’intelli
genza cosciente. Essi pensano di stare voltando le spalle a una
tendenza diffusa nella scienza: il riduzionismo, l’analisi di siste
mi nei termini delle loro parti componenti: quark, cromosomi o
neuroni che siano. Essi credono di stare cercando la totalità.
I fautori più appassionati della nuova scienza si spingono ad
dirittura ad affermare che la scienza del XX secolo sarà ricorda
ta per tre sole cose: la relatività, la meccanica quantistica e il
caos. 9 Il caos, essi sostengono, è diventato la terza grande rivolu
zione di questo secolo nelle scienze fisiche. IO Come le prime due
rivoluzioni, il caos abolisce i dogmi della fisica newtoniana. Co
me si espresse un fisico: «La relatività eliminò l’illusione newto
niana dello spazio e tempo assoluti; la teoria quantistica eliminò
il sogno newtoniano di un processo di misurazione controlla bile;
e il caos elimina la fantasia laplaciana della prevedibilità deter
ministica». Il Delle tre, la rivoluzione nel caos si applica all’uni
verso quale lo vediamo e lo tocchiamo, a oggetti allascala uma
na. L’esperienza quotidiana e le immagini reali del mondo sono
diventate oggetti di investigazione legittimi. Per molto tempo si
è pensato – senza esprimerlo sempre apertamente – che la fisi
ca teorica si sia molto allontanata dall’intuizione umana sul
mondo. Non sappiamo se questa convinzione si rivelerà un’ere
sia feconda o solo una semplice eresia. Ma fra chi pensa che la
fisica stia avviandosi verso un vicolo cieco alcuni guardano ora
al caos come a una via per uscirne.
All’interno della fisica stessa, lo studio del caos emerse da
una zona di ristagno. L’ortodossia, per la maggior parte del XX
secolo, è stata la fisica delle particelle, la quale è andata esplo
rando i mattoni della materia a energie sempre maggiori, a sca
le sempre più piccole, in intervalli di tempo sempre più brevi.
Dalla fisica delle particelle sono venute teorie sulle forze fonda
mentali della natura e sull’origine dell’universo. Eppure alcuni
fisici giovani sono oggi sempre più insoddisfatti per la direzione
assunta dalla più prestigiosa delle scienze. Si comincia a consi
derare lento il progresso, i nomi assegnati alle nuove particelle
sembrano futili, il corpus della teoria disordinato. All’avvento
del caos, gli scienziati più giovani credettero di assistere a un
mutamento di direzione per tutta la fisica. Il campo era stato
dominato anche troppo a lungo, secondo loro, dalle scintillanti
astrazioni delle particelle ad alta energia e della meccanica
quantistica.
Il cosmologo Stephen Hawking, il quale occupa oggi la cat
tedra che fu già di Newton all’Università di Cambridge, parlò
per la maggior parte della fisica quando fece l’inventario della
sua scienza in una lezione inaugurale del 1980 intitolata Is the
End in SzgJ;tJ.or Theoretical Physics? [È in vista la fine della fisi
ca teorica?].
Noi già conosciamo le leggi fisiche che governano tutto ciò che speri
mentiamo nella vita quotidiana [ … ]. È Un tributo al lungo cammino
che abbiamo percorso nella fisica teorica il fatto che oggi si richiedano
macchine enormi e una grande quantità di denaro per eseguire un
I esperimento di cui non possiamo p’redire i risultati. l’
Hawking riconobbe però che la comp-rensione delle leggi della J
natura nei termini della fisica delle particelle lasciava seI!za so- t
luzione il problema di come applicare quelle leggi a.qiialsiasi si
stema.rranne.i.più semplici. La predicibilità è una cosa in una
camera a nebliia in cui due particelle entrano in collisione fra
loro al termine di una corsa nell’anello di un acceleratore. È una
cosa totalmente diversa nella più semplice tinozza di acqua tor
bida, o nella meteorologia umana, o nel cervello umano.
La fisica di cui parla Hawking, che rastrella senza difficoltà
premi Nobel e riesce a procurarsi grandi finanziamenti per gli
esperimenti, è stata spesso presentata come una rivoluzione. A
volte essa parve sul punto di conquistare quel sacro Graal della
scienza che è la Grande teoria unificata, o la «teoria di tutto».
La fisica ha ricostruito lo sviluppo dell’energia e della materia
nel corso dell’inte~ia dell’universo tranne i primissimi atti
mi. Ma la fisica delle particelle del dopoguerra fu una rivoluzio
ne? O fu solo il completamento di una struttura già creata nelle
sue linee fondamentali da Einstein, Bohr e gli altri padri della
relatività e della meccanica quantistica? Senza dubbio le con
quiste della fisica, dalla bomba atomica al transistor, modifica
rono il paesaggio del XX secolo. Eppure il ragvio d’azione della
fisica delle particelle parve semmai essersi ristretto. Due genera
zioni erano passate da quando il campo aveva prodotto una
nuova idea teorica che ha modificato il modo in cui i non specia
Jistiso~Q!.en~Q..no il.mondo,
La fisica descritta da Hawking riuscì a completare la propria
missione senza rispondere ad alcune fra le domande più fonda
mentali sulla natura. Come ha inizio la vita? Che cos’è la turbo
lenza? Soprattutto, in un universo governato dall’entropia, la
quale conduce inesorabilmente verso un disordine sempre mag
giore, come ha origine l’ordine? Al tempo stesso, oggetti della vi
ta quotidiana come fluidi e sistemi meccanici vennero a sembra-
re così basilari e così ordinari che i fisici ebbero una tendenza
naturale a supporre che fossero ben compresi. Ma non era così.
Quando la rivoluzione nel caos ha assunto il suo corso, i fisici
migliori si sono trovati a tornare senza imbarazzo a fenomeni su
scala umana. Essi non studiano solo galassie, ma anche nubi.
Eseguono ricerche utili usando non solo computer Cray ma an
che Macintosh. Le principali riviste scientifiche stampano arti
coli sulla strana dinamica di una palla che rimbalza su un tavolo
accanto ad articoli sulla fisica quantistica. Oggi vediamo che i
sistemi più semplici creano problemi di prevedibilità estrema
mente difficili. Eppure in quei sistemi si produce spontanea
mente ordine: caos e ordine assieme. Solo un nuovo tipo di
scienza poteva accingersi a valicare l’abisso fra la conoscenza del
comportamento di una cosa – una molecola d’acqua, una cel
lula del tessuto cardiaco, un neurone – e quello di milioni di al
tre cose simili.
Osserviamo due bolle di schiuma che si muovono una accan
to all’altra al piede di una cascata. Possiamo forse congetturare
quanto erano vicine fra loro alla cima della cascata? Per quanto
concerne la fisica tradizionale, non sarebbe cambiato nulla se
Dio avesse preso tutte quelle molecole d’acqua e le avesse mesco
late personalmente. Per “tradizione, quando i fisici vedevano ri
sultati complessi, cercavano cause complesse. Quando vedevano
un rapporto casuale fra ciò che entra in un sistema e ciò che ne
esce, supponevano di dover integrare il caso in una qualche teo
ria realistica, aggiungendovi artificialmente rumore o errore.
Lo studio moderno del caos ebbe inizio con l’affacciarsi gradua
le della consapevolezza, negli anni Sessanta, che equazioni ma
tematiche molto semplici potevano fornire modelli di sistemi
violenti come una cascata. Piccole differenze in ingresso poteva
no generare rapidamente grandissime differenze in uscita: un
fenomeno a cui è stato assegnato il nome..dGQip~ndeEza sensibi
le dalle condizioni iniziali». Nella meteorologia, per esempio,
questa nozione si traduce in quello che è noto, solo a metà per
scherzo, come «effetto farfalla»: la nozione che una farfalla che
agiti le ali oggi a Pechino può trasformare sistemi temporaleschi
il mese prossimo a New York.
Quando gli esploratori del caos cominciarono a ripensare al
la genealogia della loro scienza, trovarono molte piste intellet
tuali che la legavano al passato. Una cosa, però, emerse in modo
chiaro. Per i giovani fisìci e matematici che diressero la rivolu
zione, uno dei punti di partenza fu l’effetto farfalla.
WIKIPEDIA
Caos. La nascita di una nuova scienza
Caos. La nascita di una nuova scienza | |
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Titolo originale | Chaos: Making A New Science |
Autore | James Gleick |
1ª ed. originale | 1987 |
Genere | Saggio |
Sottogenere | scientifico |
Lingua originale | inglese |
Caos. La nascita di una nuova scienza (titolo originale Chaos: Making A New Science) è un saggio dello scrittore americano James Gleick pubblicato in originale nel 1987 e in Italia nel 1989 da Rizzoli. L’argomento trattato è la Teoria del Caos, le origini della sua scoperta e le sue applicazioni nei molti settori scientifici in cui si è rivelata utile per analizzare i fenomeni complessi.
Vengono inoltre affrontate le sue implicazioni nel superamento del determinismo classico.
Il libro nel 1988 è stato finalista per il Premio Pulitzer per la sezione saggistica, ed è stato tradotto in 18 lingue.
Contenuto
Nel libro si racconta come dal lavoro indipendente di alcuni ricercatori di discipline diverse siano emerse le basi dellateoria del caos, una nuova branca scientifica posta al confine tra fisica e matematica, capace di gettare nuova luce su fenomeni caratterizzati da gradi di complessità tali da renderli apparentemente insolubili, rivelandone l’intrinseca imprevedibilità, secondo modelli però sorprendentemente regolari e capaci di ripetersi a scale diverse. Dall’intuizione di un matematico impiegato nel campo della meteorologia, Edward Lorenz, il primo ad analizzare la natura particolare dei fenomeni caotici nei meccanismi del tempo atmosferico, nascono i concetti originali di dipendenza dalle condizioni iniziali esemplificati efficacemente attraverso l’immagine dell’effetto farfalla, e dal suo primo studio matematico sul comportamento peculiare di questi sistemi emerge il modello dell’attrattore strano. Quasi contemporaneamente, matematici come Stephen Smale, James Yorke e Michael Barnsley, biologi come Robert May, fisici come Harry Swinney, Jerry Gollub, David Ruelle, Albert Libchaber, astronomi come Michel Hénon trovarono lavorando nelle proprie discipline conferme e nuovi spunti di ricerca. Dallo studio di Benoit Mandelbrot sulle dimensioni frazionarie nasce il concetto di frattale, figura geometrica che ripete la propria configurazione all’infinito.Mitchell Feigenbaum studiando alcune funzioni matematiche scopre delle regolarità inspiegabili legate ai fenomeni caotici. Un gruppo di studenti di Santa Cruz usando computer analogici e battendo nuove linee di ricerca riesce a fornire nuovi apporti, ampliando l’applicazione della teoria. Alla fine del libro viene analizzato l’impatto della nuova disciplina e delle sue implicazioni sulla scienza ortodossa, ancora parzialmente legata al principio deterministico classico, e quindi inizialmente piuttosto ostile al nuovo concetto di caos deterministico, e alle sue implicazioni.
Edizioni
- James Gleick, Caos, la nascita di una nuova scienza, collana Superbur Scienza, Rizzoli, 2000, p. 348. ISBN 88-17-25875-X.