LA FISICA DEI SISTEMI COMPLESSI

LA FISICA DEI SISTEMI COMPLESSI

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Capita spesso di essere attirati da un chiacchiericcio proveniente da tetti, alberi spogli e cavi elettrici ricoperti da centinaia di pois neri che poi, improvvisamente, si alzano in cielo per animare puntinate figure che si alternano in pochi secondi. E ci si chiede come sia possibile che così tanti uccelli, storni soprattutto, siano perfettamente coordinati, quasi fossero campioni olimpici di volo sincronizzato, e chi sia il leader. In realtà gli affascinanti e mutevoli stormi non hanno nessuna guida, si formano spontaneamente.LA FISICA DEI SISTEMI COMPLESSI | Collegio Universitario Gregorianum

Ogni uccello si preoccupa solamente di non scontrarsi con i vicini compagni, di mantenersi allineato agli altri per non rimanere isolato e vulnerabile ai predatori e di occupare una posizione il più possibile centrale perché gli esterni vengono facilmente attaccati; l’imprevedibile risultato, il movimento globale dello stormo, è un comportamento emergente cioè che emerge dalle interazioni dei singoli uccelli. Ogni sistema formato dalla somma di tanti sottosistemi interagenti segue regole e leggi proprie, diverse da quelle delle sue parti, ed è definito un sistema complesso. La ragione del nome è facilmente deducibile: è come se esistesse un sistema in cui 2+2 non fa 4 ma 6 e si dovessero riformulare tutte le regole dell’addizione. A spiegare come chiunque sperimenti inconsapevolmente i sistemi complessi (il corpo umano stesso lo è) e da quali proprietà siano caratterizzati è Federico Ricci Tersenghi, professore associato in Fisica Teorica alla Sapienza di Roma, che ha concentrato i propri studi su questi sistemi e sulle loro applicazioni interdisciplinari.

Professor Ricci Tersenghi, cosa sono i sistemi complessi, quando ci si è resi conto della loro esistenza e quando è iniziato uno studio focalizzato su di essi?

Buongiorno a tutti. I sistemi complessi in realtà sono quasi tutto quello che ci circonda: tutti i sistemi biologici lo sono quindi in realtà noi viviamo in un ambiente che è definibile un sistema complesso. Il problema è che proprio per loro natura è molto difficile descriverli con un formalismo fisico–matematico abbastanza rigoroso per poterli poi capire fino in fondo. Questa è stata un po’ la rivoluzione di Giorgio Parisi, che ha portato al suo premio Nobel: è riuscito a descrivere uno di questi sistemi, che è abbastanza semplice da essere formalizzato, con accuratezza e a fare delle previsioni che prima non erano possibili. Quindi diciamo che noi siamo circondati da sistemi complessi che purtroppo per la maggior parte non riusciamo a capire fino in fondo e Giorgio Parisi ci ha aiutato a capirne alcuni con grande accuratezza.Nobel per la fisica a Parisi per le scoperte sulla teoria dei sistemi complessi - Il Sole 24 ORE

Quali sono secondo lei le applicazioni più interessanti di questi sistemi?

Al momento di applicazioni dirette forse non se ne vedono perché è ancora uno studio molto teorico e curiosity driven però, come è già successo tantissime volte nella storia della scienza,
quelle che sono iniziate come scoperte spinte solo dalla curiosità degli scienziati, dei fisici, dei matematici poi hanno avuto alcuni decenni dopo delle applicazioni. In questo caso le applicazioni
che forse sono più vicine sono tutte quelle legate al mondo dei dati (ottimizzazione, inferenza): grazie alle teorie che ha iniziato a sviluppare Giorgio e che poi abbiamo continuato tutti noi nella comunità scientifica sono usciti degli algoritmi che funzionano molto meglio su alcuni problemi prototipo. L’idea è che con gli anni si potrebbero poi sviluppare algoritmi e tecniche più applicate a problemi pratici e quindi magari, nell’arco di alcuni anni, si spera di vedere delle vere e proprie applicazioni della teoria di Giorgio Parisi.

Anche il clima è un sistema complesso e questo rende particolarmente difficile prevedere l’andamento del riscaldamento climatico proprio perché vari elementi interagiscono alimentando un circolo vizioso: più aumenta la CO2 più si innalzano le temperature e si acidificano gli oceani, i ghiacciai si sciolgono, il livello del mare si innalza…forse è questo che manca nella comunicazione della crisi climatica e anche nelle azioni di contrasto che si sta cercando di attuare? La visione globale del fenomeno invece della focalizzazione sui singoli fattori?

Ammetto che questo degli aspetti climatici è forse uno di quelli di cui io mi occupo di meno quindi sono meno esperto. Certamente, quello che si può dire in generale è che in un sistema complesso è
molto difficile a volte vedere, descrivere correttamente le relazioni tra causa ed effetto. Questo fa sì paradossalmente che possano esserci dei sistemi che generano delle conseguenze alle nostre
azioni terribili ma spesso, non essendo così direttamente riconoscibili, è più difficile prendere reazioni politiche perché non c’è una diretta connessione tra quello che facciamo e quello che
produciamo come effetto a valle. Allora descrivere sempre meglio questi sistemi serve non solo a capirli ma anche a capire meglio quali sono i nostri effetti su questo sistema e quindi a prendere
delle decisioni essendo consapevoli che se non facciamo delle cose a breve avremo delle conseguenze quasi certe. Sono sempre sistemi in cui le previsioni che noi possiamo fare sono affette da grandi incertezze quindi non sono mai predizioni certe ma statistiche. In realtà tutte le previsioni sono affette da un’incertezza statistica e noi tendiamo a dire che qualcosa è quasi sicuro quando l’incertezza è molto piccola. Noi dobbiamo imparare a vivere e a prendere decisioni politiche in presenza di incertezza statistica e anche quando un evento è solo ragionevolmente probabile e non quasi certo. Questo sicuramente è il cambio di paradigma che dobbiamo implementare per riuscire ad affrontare le prossime crisi planetarie.

[Valentina Vitali]

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