In un precedente articolo Il determinismo e il problema dei tre corpi abbiamo scritto che fino ai primissimi anni del ventesimo secolo era profondamente diffusa nella comunità scientifica la convinzione che se tutte le leggi della natura fossero note, in linea di principio si sarebbe potuto calcolare le azioni di qualsiasi oggetto nell’universo.
Per fare un esempio se durante una partita di biliardo fosse nota la posizione del boccino, quella di tutte le palle, quale la distanza tra loro e i bordi, ma anche la posizione di ogni singolo granello di polvere presente sul panno, in grado di perturbare anche minimamente la traiettoria delle palle coinvolte e come se non bastasse le condizioni del panno (nuovo o liso), in modo di determinare anche la forza dell’attrito, ebbene in linea di principio, applicando le leggi del moto dovremmo poter prevedere la configurazione finale dopo la nostra “bocciata”.
Il problema è che per ottenere questo risultato dovremmo sapere tutte le condizioni iniziali con un livello di precisione così straordinario, tale da considerare ogni singola particella di polvere su ogni palla e ogni fibra nel panno del tavolo. Pertanto l’universo è dal punto di vista teorico deterministico ma la quantità di informazioni necessarie per prevedere con esattezza il risultato di una singola azione, lo rende imprevedibile e caotico.
L’uomo che primo porterà alla luce il concetto di “caos” non è stato un fisico ma un matematico e meteorologo americano, Edward Norton Lorenz (1917-2008). Anche questa scoperta fu il prodotto della serendipità, Lorenz nel 1962, mentre lavorava su modelli matematici per descrivere i fenomeni meteorologici, utilizzando un vecchio computer, l’LPG-30, fece ripartire da capo la simulazione utilizzando gli stessi dati in entrata di quella precedente.
Quasi gli stessi dati. Il computer aveva aveva una precisione di sei decimali e la prima simulazione aveva fornito un valore pari a 0,506127. Lorenz inserì come dato di partenza il dato 0,506. La differenza tra i due valori era appena di 0.000127 e Lorenz era convinto che il risultato della seconda simulazione sarebbe stato identico alla prima data l’esiguità nella differenza dell’input iniziale.
Grande fu la sua sorpresa quando dovette constatare che invece il risultato finale era significativamente diverso. In un articolo pubblicato l’anno successivo per la New York Academy of Sciences, il meteorologo scrisse: “ che se le teorie fossero state corrette, un battito delle ali di un gabbiano sarebbe stato sufficiente ad alterare il corso del clima per sempre”.
La simulazione eseguita da Lorenz era un esempio di fenomeno non “lineare”. Questa è la ragione che rende sempre più incerte e aleatorie le previsioni meteo quando superano le 48-72 ore. Non riusciremo mai a prevedere con accettabile sicurezza che tempo farà tra sei mesi o un anno, troppe le variabili in gioco. Quando Lorenz si rese conto e comprese profondamente cosa era successo, coniò il termine di «effetto farfalla», forse ispirato dal diagramma generato dagli attrattori di Lorenz che somigliano un po’ a questo insetto.
Un’altra versione è che Lorenz fosse ispirato da un riferimento letterario e in particolare dal racconto “Rumore di tuono” scritto nel 1952 dal grande maestro della fantascienza Ray Bradbury. Quale che sia la genesi della definizione di effetto farfalla, nel 1972 Lorenz tenne una conferenza dal titolo “Può il batter d’ali di una farfalla in Brasile provocare un tornado in Texas?”.
Lorenz fu anche il pioniere della moderna teoria del caos. Nel linguaggio di tutti i giorni caos, equivale a disordine, confusione. In fisica il termine caos invece assomma in se determinismo e probabilità. In un sistema ciclico, che ripete le stesse azioni in continuazione, il modo in cui si evolve dipende pesantemente dalle condizioni iniziali, allora non si ritroverà mai esattamente nello stesso stato, al termine di ogni ciclo; piuttosto, darà l’impressione di un comportamento casuale, cambiando il suo percorso in modo imprevedibile.
Il caos è un concetto che ha dato vita a una nuova disciplina scientifica, la “dinamica non lineare”. Semplificando in modo forse eccessivo la dinamica non lineare insiste sul concetto che una causa semplice possa dar vita a un effetto complesso. In altri termini il determinismo può generare ciò che ci appare come disordine.
Il nostro universo può ancora essere deterministico, e obbedire a leggi fisiche fondamentali, ma spesso può mostrare la tendenza a diventare estremamente complesso, disordinato, e soprattutto imprevedibile. L’imprevedibilità nasce dall’impossibilità di riuscire a conoscere con estrema precisione le condizioni iniziali per l’evoluzione di qualsiasi sistema che non sia semplicissimo. È questa imprevedibilità a salvare il libero arbitrio? Addentrarci in questo concetto che si colloca a metà strada tra filosofia e scienza non è facile, vedremo alcune possibili soluzioni di questo enigma in un prossimo articolo.
Fonti:
alcune voci di Wikipedia
La fisica del diavolo di Jim Al Khalili
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