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Filosofia della scienza

Appunti di Filosofia della scienza. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Da Einstein a Mandelbrot, Einstein e Galilei miti del nostro tempo?, Fisica classica, il concetto dell’azione dell’attrazione gravitazionale a distanza, teoria della relatività,... Vedi di più

Esame di Filosofia della scienza docente Prof. P. Emanuele

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accadere che una base precedentemente ritenuta affidabile rispecchi una solidità limitata e per

proseguire i lavori si debba trovare appoggi più profondi e sicuri. Anche se i mutamenti possono

essere profondi, il lavoro già compiuto rimane il punto di partenza. Per cui l’epistemologia, intesa

come il chiarimento dei presupposti e dei problemi metodologici fondamentali della ricerca

scientifica, non deve solo precedere, ma deve sempre accompagnare il lavoro dello scienziato. In

nessun campo vi è infatti una base di conoscenza assolutamente certa. Ciò vale anche per la

matematica e a maggior ragione per le scienze naturali. In queste ultime i singoli lavori scientifici

derivano la loro validità dalla necessarietà del metodo usato e i principi di questo metodo invece

ricevono un rafforzamento a posteriori dai risultati raggiunti.le considerazioni epistemologiche

divengono poi fondamentali quando occorre rendere esplicito un presupposto tacito che fino a quel

momento apparteneva ai fondamenti, non ancora utilizzati ma già messi alla prova. Il legame

stretto e immediato tra lavoro epistemologico e scientifico è determinante per la loro fecondità e

una forma di rafforzamento dei due momenti.

Con la teoria quantistica viene a cadere l’idea che aveva accompagnato lo sviluppo della cultura

occidentale secondo la quale vi sarebbe perfetta analogia tra macrocosmo e microcosmo.

L’accettazione di questo fatto comporta l’ammissione che tra i due livelli di indagine fisica ci sia

una differenza qualitativa di che mal si adegua con l’immagine unitaria della realtà che la fisica

classica intendeva fornire. Così nella fisica c’è stato quello spostamento verso l’astratto che si era

già visto nella teoria della relatività. La descrizione della realtà appare sempre meno come un

riflesso di essa ma come una serie di formulazioni matematiche via via sempre più complicate,

tutto ciò deriva dal fatto che l’atomo non è un mondo macroscopico rimpicciolito e le leggi che ne

governano il comportamento sono completamente diverse da quelle relative agli oggetti

macrofisici: l’atomo si sottrae alla determinazione causale ed è soggetto solamente a leggi

statistiche. Ciò non significa però che la teoria quantistica sia meno certa della fisica classica,

perché ha tutte le caratteristiche della teoria. 1) è descritta secondo un sistema logico-matematico

compatto e chiaro; 2) rientra nei normali processi di cambiamento che caratterizzano la

conoscenza umana; 3) rende ragione di una contraddizione che nell’ambito della fisica classica

appariva insormontabile: rappresenta il limite insuperabile per ogni ricerca e conoscenza e risolve

il problema della descrizione materiale della realtà ultima e quello della sua divisibilità.

La scoperta di Planck ha introdotto i fisici in un campo della fisica totalmente inesplorato

riconosciuto di fondamentale importanza per la ricerca, che si trovò di fronte a fenomeni fino ad

allora ritenuti impossibili: ciò era da stimolo per lo studio della loro interpretazione, ma anche

ostacolo grave per la comprensione teorica delle cose scoperte. Si aprì una frattura clamorosa tra i

diversi livelli di realtà la descrizione unitaria di essi si mostrava di difficilissima realizzazione. Il

carattere discontinuo (anche essa fa salti) della natura metteva in evidenza una profonda

differenza tra microfisica e macrofisica. I tentativi di “rinormalizzazione” mostrarono tutta la loro

debolezza. Anche la soluzione opposta, cioè di considerare i due livelli nettamente separati si

rivelarono inuattabili. Il tentativo di conciliare i due ambiti mantenere stretti vincoli tra le due fisiche

fu fornito da Bohr che con il principio di corrispondenza affermava che, nonostante le profonde

differenze tra la microfisica e la macrofisica, vi sono tra esse delle somiglianze. Si considerava

“capita” una legge riguardante un fenomeno microfisico quando questa era stata riconosciuta

come l’analogo di una legge classica e si tendeva a sviluppare i concetti nuovi e propri della

microfisica in stretta aderenza alla teoria classica. Dunque la teoria classica doveva essere

abbandonata come base di spiegazione della microfisica ma doveva essere mantenuta come

modello per una teoria nuova. In essa le discontinuità caratteristiche dei fenomeni microfisici

dovevano apparire come elementi primari mantenendo un’affinità formale con la teoria classica. E

due vie percorse furono la meccanica matriciale e quella ondulatoria che hanno condotto ad una

sostanziale convergenza di fondo in conseguenza della quale si è ammesso che sia il carattere

astratto di tutta la teoria, che la sostituzione delle leggi classiche strettamente causali con leggi

soltanto statistiche devono essere considerati come definitivi (vedi Heisenberg e il principio di

indeterminazione).

Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che non non possiamo in linea di principio

conoscere il presente in ogni elemento determinante, perciò ogni percepire è una selezione da una

quantità di possibilità e una limitazione delle possibilità future. Questo sconfessa il principio di

causalità, che faceva ricorso a fittizie variabili nascoste dietro il quale celava ancora un mondo

reale nel quale essa era ancora valida. Per i teorici quantici la fisica deve descrivere invece

formalmente solo la connessione delle percezioni: poiché tutti gli esperimenti sono soggetti alle

leggi della meccanica quantistica e mediante la meccanica quantistica viene stabilita

definitivamente la non validità della legge di causalità. Se di accetta l’idea che la sorprendente a-

causalità statistica della fisica quantica esprima una conoscenza più profonda dei fenomeni

naturali piuttosto che un’incompletezza della teoria siamo portati a pensare che proprio questa a-

causalità possa offrire nuove prospettive per la soluzione dei problemi, per i quali la

rappresentazione classico-causale della natura sembrava troppo limitata. Una derivazione

interessante è che l’a-causalità di effetti elementari microscopici possa portare a una

indeterminatezza di determinati processi biologi. Jordan apre un altro interessantissimo problema ,

ipotizzando che l’organismo vivente parlando fisicamente dovrebbe avere la struttura di un forte

amplificatore, così che in certi casi il singolo processo elementare microfisico possa guidare un

grande processo biologico. Jordan ha avuto anche il merito di discutere esplicitamente un

problema di natura pedagogico-didattica: la questione sulla necessità di riformare l’insegnamento

della fisica in conseguenza delle rivoluzioni del Novecento.

L’ipotesi ventilata in quel periodo era che sarebbe stata opportuna una modifica del metodo

tradizionale di insegnamento, partendo dalla fisica atomica per ritornare poi alla fisica classica.

Jordan la riteneva pedagogicamente sbagliata, occorre invece seguire lo sviluppo storico della

conoscenza, inoltre per la questione del linguaggio in cui la nuova fisica può essere espressa. Dal

punto di vista pedagogico egli riteneva che la maturità, l’abitudine e la capacità al ragionamento

fisico che sono necessari per la comprensione della fisica atomica devono essere acquisite

dapprima e rafforzate attraverso lo studio di altri problemi. Inoltre l’esposizione della nuova fisica

crea un problema di linguaggio che può essere risolto solo in connessione strettissima con la fisica

classica, che è ancora il “presupposto linguistico” della fisica atomica. Infatti noi possiamo

collegare direttamente con l’esperienza solo i concetti della macrofisica, quelli della microfisica li

possiamo collegare solo attraverso la macrofisica. Insomma la via intuitiva che sola consente di

cogliere il significato di ciò che avviene nell’immensamente piccolo si esprime sempre attraverso il

linguaggio della fisica macrofisica. Sebbene le leggi della macrofisica siano matematicamente una

conseguenza di quelle della microfisica, la microfisica può essere formulata solo dopo la

macrofisica e a partire dalla macrofisica. Di fronte ai fenomeni microfisici abbiamo sia il problema

della loro rappresentazione, sia il problema di comunicazione, abbiamo cioè una situazione in cui

degli oggetti non possono essere colti attraverso i sensi ma devono essere formalizzati attraverso

la matematica. Quindi la meccanica quantistica è comprensibile senza ulteriori riferimenti dal punto

di vista matematico, ma il suo contenuto e il suo significato fisico possono essere compresi solo se

si conosca già la macrofisica poiché i sistemi microfisici acquisiscono un’esistenza oggettiva solo

in riferimento a sistemi macrofisici con la produzione di tracce.

Jordan è riuscito ad affrontare i problemi suscitati dall’elaborazione della fisica quantistica senza

pregiudizi e senza forzature. Non ha voluto far rientrare a tutti i costi la nuova fisica nell’ambito di

quella classica e non ha fatto resistenza alle sue implicazioni più drammatiche, cercando di far

capire ciò che stava accadendo e avrebbe caratterizzato tutto il Novecento.

6. ILYA PRIGOGINE E LA STORICIZZAZIONE DELLA NATURA

Secondo principio della termodinamica= è un principio della termodinamica classica. Questo

principio tiene conto del carattere di irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il

passaggio di calore da un corpo caldo ad un corpo freddo. A differenza di altre leggi fisiche quali la

legge di gravitazione universale o le equazione di Maxwell, il secondo principio è

fondamentalmente legato alla freccia del tempo.

La scienza classica si basa su due principi: è universale, necessaria, definitiva, i suoi principi non

hanno bisogno di ulteriori sviluppi. In essa tutti i fenomeni sono costituiti da una parte “sostanziale”

che rappresenta la vera essenza di essi e quindi perdura immutabile nelle varie trasformazioni

“esteriori” che accade loro di subire e ne determinano la parte “accidentale” e quindi contingente.

Ciò ha determinato la riduzione dei fenomeni in termini operativi della loro parte essenziale

all’aspetto quantitativo, e in quanto tale misurabile. Ogni evento è stato pensato come regolato da

leggi che restano tali qualunque sia il luogo, il tempo e l’osservatore che le mette alla prova.

Questo ha permesso di applicare ai fatti la formalizzazione matematica. Questa universalità si

rifletteva anche nei concetti fondamentali della struttura logica del Reale. Lo Spazio e il Tempo

erano i parametri entro cui inquadrare i fenomeni, o dei contenitori assoluti, oppure delle forme

della pura sensibilità. In ogni caso restavano in un rapporto di esteriorità rispetto ai fenomeni, intesi

come oggetti immodificabili regolati da un rapporto deterministico causa-effetto.

Nella logica tradizionale la svolta verso il riconoscimento della sua intrinseca struttura temporale e

complessa fu compiuta da Hegel nel primo decennio dell’Ottocento. Opponeva il Divenire della

storia all’Essere della scienza tradizionale. Un processo analogo avveniva anche in ambito

scientifico, però. Prigogine afferma di poterne individuare il principio nel 1811, quando Fourier

enunciò la sua trattazione teorica sulla propagazione del calore nei solidi. Muovendo dalla

irriducibilità del manifestarsi del calore al modello meccanicistico, egli afferma che la propagazione

del calore fra due corpi di temperatura differente è un fenomeno che non si può ricondurre alle

interazioni dinamiche fra masse ravvicinate: il flusso di calore fra due corpi è proporzionale al

gradiente della temperatura fra essi. Quindi i fenomeni non sono caratterizzati soltanto dalla

quantità di materia che li costituisce, né dalla sola quantità di moto che li mette in movimento, ma

mostrano un’altra qualità specifica: ogni corpo è nello stesso tempo capace di ricevere,

accumulare e trasmettere il calore. Ciò rende il corpo “mobile”, lo trasforma non solo rispetto agli

altri corpi e allo spazio circostante ma anche al proprio interno. Il calore e la gravità sono due

universali che coesistono nella fisica: la massa subisce la gravità e il calore trasforma la materia e

determina i cambiamenti di stato e le modificazioni delle proprietà intrinseche. Acquisisce

significato così il concetto di “trasformazione nel tempo”.

Così ogni evento singolo ha bisogno di un tempo per accadere. Il tempo non è più un contenitore

ma un’essenza specifica di ogni avvenimento. Questa affermazione ha portato, come rileva Morin,

ad un Universo in continua trasformazione nel quale si passa continuamente dall’organizzazione

alla disorganizzazione e viceversa, in un’alternanza che costituisce la ragione stessa del divenire.

Ormai siamo penetrati a tutti i livelli del Reale, dall’immensamente picco lo agli spazi indefiniti.

Questa è la morte dell’idea dell’immutabilità dell’universo. Perciò occorre riconoscere al tempo un

ruolo onnicomprensivo che si estende a tutti i livelli, fino a rappresentare contemporaneamente la

struttura intrinseca a tutti i fenomeni e il contesto generale all’interno del quale dinamicamente essi

si situano. L’insieme dell’universo ha una storia e questa scoperta ha avuto risonanze culturali

profonde. La negazione di tutto ciò aveva causato infatti una frattura epistemologica durata più di

trecento anni tra via umanistica e via scientifica verso la conoscenza. La svolta è appunto il

riconoscimento da parte degli scienziati del Novecento del ruolo ineliminabile del tempo anche per

gli “oggetti”. Secondo Prigogine ogni essere ogni fenomeno complesso è costituito da una pluralità

di tempi, ognuno dei quali è legato agli altri con articolazioni sottili e multiple. Questa scoperta della

molteplicità del tempo non è stata una rivelazione, piuttosto un’ammissione di ciò che tutti

sapevano. Inoltre il tempo ha una direzione che fornisce un “verso” preciso a tutto ciò che esiste

(metafora del tempo come freccia). Quindi anche l’attività di ricerca deve essere orientata nel

tempo . È possibile profilare una nuova nozione di tempo che prescinde le categorie di divenire e

di eternità. Con ciò è possibile parlare di un “tempo potenziale” presente allo stato latente prima

della nascita dell’universo e trasformato in atto colo in seguito a fenomeni di fluttuazione: il tempo

precederebbe così l’esistenza dell’universo e rispetto ad esso giocherebbe un ruolo creativo.

L’idea dell’evento come fenomeno complesso sia nella strutturazione interna che nelle sue

interazioni con l’ambiente lo vende inteso come un microsistema inserito in un sistema più ampio.

In funzione di ciò devono essere considerate le rispettive interazioni sia a livello concreto che a

livello formale. Lo studio dei processi fisici legati al calore comporta la definizione di un sistema: in

termodinamica la definizione di un sistema avviene tramite un insieme di parametri macroscopici

quali la temperatura, le pressione, il volume e così via. Va in crisi così il concetto classico di

spazio-contenitore indifferente agli oggetti situati in esso e a sua volta omogeneo perché non

condizionato dagli oggetti stessi, avvicinandoci alla concezione aristotelica di ambiente. Nella

termodinamica invece l’evento contribuisce a mutare l’ambiente circostante. Prigogine per capire

questa differenza invita a riflettere sulla differenza analoga che intercorre tra spazio biologico

(accrescimento dell’embrione) e spazio geometrico. Anche nei sistemi evento-ambiente l’instabilità

è data dalla variabilità degli enti interagenti, nel caso di sistemi biologici o ecologici, i parametri che

definiscono l’interazione con l’ambiente non possono essere considerati costanti. La simbiosi di

ogni esistente con l’ambiente circostante lo rende dinamico nella stessa misura in cui esso è in

continua evoluzione, trasformazione e complessificazione.

Questo rapporto articolato e complesso tra enti e ambiente comporta una revisione del vecchio

legame deterministico tra causa ed effetto. Nei processi irreversibili legati alla diffusione del calore

è impossibile operare una netta distinzione tra l’evento che costituisce la causa e quello che risulta

l’effetto, al punto da determinare la scomparsa della causa. Il concetto di causalità si

complessissima a tal punto da includere anche quello di effetto. Morin afferma che la causalità

complessa non è lineare ma circolare ed interrelazionale, la causa e l’effetto hanno perduto la loro

sostanzialità, la causa ha perduto la sua onnipresenza l’effetto la sua noni-dipendenza. La

causalità complessa non è più deterministica o probabilitaria; essa riguarda esseri individuali

interagenti con il loro ambiente.

L’entropia, cioè la tendenza al raggiungimento di uno stato finale di equilibrio termico faceva

paventare la “morte termica” dell’Universo. In questo senso la termodinamica è lineare in quanto

descrive comportamenti stabili e predicibili dei sistemi. Prigogine ha invece indagato sistemi che si

presentano “lontani dall’equilibrio” termodinamico e che in quanto tali assumono un ruolo positivo.

Essi sono stati definiti strutture dissipative (un sistema termodinamico in non-equilibrio in grado di

scambiare energia con l'esterno e di far emergere l'ordine dal disordine. Tipico sistema dissipativo

è il vivente, dalle cellule agli organismi superiori.) perché non solo perdurano strutturate secondo

un’articolazione complessa, ma anche perché, prima di dissiparsi, fanno in tempo a riprodursi. Le

strutture dissipative forniscono un esempio lampante del non-equilibrio come sorgente di ordine.

Secondo prigogine le strutture di equilibrio non hanno valenza universale e quanto teorizzate per

esse non è estensibile alle “sue” strutture dissipative. Esse determinano la comparsa di un ordine

definito mediante fluttuazioni, e l’attenzione degli scienziati deve essere orientata a questi

fenomeni delle fluttuazioni e al loro diverso amplificarsi in funzione degli stimoli del “senso interno”.

Questi sistemi lontani dall’equilibrio spiegano meglio quei fenomeni che la teoria sedei sistemi non

era riuscita a chiarire fino in fondo, ad esempio i sistemi caotici, consente di comprendere la

comparsa delle novità delle formazioni emergenti a partire dalla disgregazione di quelle vecchie. A

partire da questa prospettiva generale si è giunti alla formalizzazione matematica e

all’elaborazione concettuale della stretta relazione intercorrente tra stabilità e mutamento,

intrinseca ad ogni sistema organizzato: si è chiarito a livello teorico che non esistono strutturazioni

immodificabili, esiste coesistenza d struttura e cambiamento, di immobilità e movimento. Prigogine

pone l’accento sul ruolo creativo della turbolenza e sulla capacità di autorganizzazione che si

esplica a livello molecolare. Mentre il moto turbolento appare irregolare e caotico su scala

macroscopica su scala microscopica è al contrario altamente organizzato. Prigogine ci dimostra

che lontano dall’equilibrio la materia acquista nuove proprietà in cui le fluttuazioni, le instabilità

svolgono un ruolo essenziale: la materia diventa più attiva. Quindi la distanza dall’equilibrio diventa

un parametro fondamentale per descrivere il comportamento della materia, come lo è la

temperatura nei sistemi in equilibrio. Secondo lui le strutture dissipative non solo si mantengono in

uno stato di stabilità lontano dall’equilibrio ma possono persino evolversi. Quando cresce il flusso

di materia e di energia ce le attraversa esse possono passare per nuove fasi e trasformarsi in

nuove strutture di maggiore complessità.

Le strutture dissipative, prodotte ed emergenti dal disordine, sono dunque un’organizzazione

estremamente complessa e del tutto lontana dalla semplicità postulata dalla scienza classica. La

differenza tra semplice e complesso non può essere inquadrata lungo un continuum in termini

lineari e in senso gerarchico, perché è troppo semplificante. Il loro rapporto è molto più articolato.

Ovunque si rivolga lo sguardo c’è un miscuglio in cui semplice e complesso sono vicini senza

opporsi in maniera gerarchica. La complessità impone quindi una visione del mondo priva della

sottomissione all’idea di una differenza gerarchica tra livelli. Il concetto di scienza si connota di

creatività e storicità: essa consente alla creatività umana di vivere se stessa come l’espressione

singolare di un carattere fondamentale che è comune a tutti i livella della natura. L’universo è

storico o in continuo divenire, anzi il Tutto potrebbe essere definito un Pluriverso che rivela novità

in tutte le direzioni evolvendosi continuamente, un universo di instabilità e fluttuazioni che sono

all’origine dell’incredibile varietà e ricchezza forme e strutture che vediamo intorno a noi. Occorre

indagare quindi la complessità a ogni livello, dalle molecole ai sistemi biologici, fino alle

organizzazioni sociali. Prigogine insiste sulla necessità della consapevolezza di riconoscere alla

Natura una connotazione storico-temporale e diversificata e di conseguenza avere un nuovo

atteggiamento nella sua descrizione. In poche parole il riconoscimento della complessità non è più

limitato alla biologia, ma sembra radicata nelle leggi della Natura: l’unità dell’universo nella

complessità. Lo scopo della ricerca è la formulazione unificata dei fenomeni di auto-organizzazione

nei sistemi complessi, cioè nei sistemi che coinvolgono un grosso numero di subunità interagenti.

Perché avvenga l’evoluzione di un sistema semplice in uno complesso occorre una “biforcazione”

anche minima nello svolgimento lineare sei processi fisici, il celeberrimo effetto farfalla può

manifestarsi a tutti i livelli e essere generato da qualsiasi circostanza.

Effetto farfalla= è una locuzione che racchiude in sé la nozione maggiormente tecnica di

dipendenza sensibile alle condizioni iniziali, presente nella teoria del caos. L'idea è che piccole

variazioni nelle condizioni iniziali producano grandi variazioni nel comportamento a lungo termine

di un sistema. La conseguenza pratica dell'effetto farfalla è che i sistemi complessi, come il clima o

il mercato azionario, sono difficili da prevedere su una scala di tempo utile. Questo perché ogni

modello finito che tenti di simulare un sistema, deve necessariamente eliminare alcune

informazioni sulle condizioni iniziali, ad esempio, quando si simula il tempo atmosferico, non è

possibile includere anche lo spostamento d'aria causato da ogni singola farfalla. In un sistema

caotico, questi errori di approssimazione tendono ad aumentare via via che la simulazione procede

nel tempo e, al limite, l'errore residuo nella simulazione supera il risultato stesso. In questi casi, in

sostanza, le previsioni di una simulazione non sono più attendibili se spinte oltre una certa soglia di

tempo.

Vedi “intervista”.

All’interno di questa visione il contrasto tra Essere e Divenire acquista un nuovo significato. La

classica relazione di reciproca esclusione lascia il posto al riconoscimento del ruolo attivo del

tempo. L’Essere nel senso parmenideo è stato veramente inghiottito da Cronos. Il tempo storico

diventa il punto di vista da cui interpretare la Natura e si rivela come la struttura intrinseca di essa.

La svolta verso l’indeterminismo rivela il problema metafisico più importante della scienza: il

rapporto tra necessità e libertà. I risultati ottenuti dimostrano che il conflitto tra Parmenide ed

Eraclito può essere estrapolato dal contesto metafisico e formulato nei termini della moderna

teoria dei sistemi dinamici.Secondo Prigogine la nuova visione che emerge è una descrizione

equidistante tra le due rappresentazioni di un mondo deterministico della scienza classica e quella

di un mondo arbitrario soggetto al caso. Le leggi fisiche corrispondono ad una nuova forma di

intelligibilità espressa da rappresentazioni probabilistiche irriducibili. Esse sono associate

all’instabilità e, tanto al livello macroscopico quanto a livello microscopico, descrivono gli eventi

come possibili, senza ridurli a conseguenze deducibili e prevedibili di leggi deterministiche. Il

messaggio lanciato dal secondo principio della termodinamica è che non possiamo mai predire il

futuro di un sistema complesso.il futuro è aperto e questa apertura si applica tanto ai piccoli

sistemi fisici che al sistema globale, l’universo nel quale ci troviamo.

Così il secondo principio della termodinamica si è rivelato “costruttivo”. Grazie ad esse la fisica ha

potuto descrivere la natura in termini di divenire, un mondo aperto alla storia. Prigogine nota come

il processo di storicizzazione sia una tendenza dei tempi poiché emerge da tutte le attività umane:

le scienze e la cultura scoprono ovunque la forza creatrice del tempo. In ambito fisico tutto ciò che

accade non può più essere rappresentato graficamente dalla consueta linea continua, ma da una

linea che mostra biforcazioni a cascata. Essa testimonia il ruolo rilevante delle singolarità, che

condizionano lo svolgimento degli eventi e ne sono in qualche modo responsabili. Gli eventi

vengono associati alle biforcazioni. Il ruolo degli individui è più importante che mai. Prigogine

riconosce una vera e propria metamorfosi della Natura perché la storicità del tutto è emersa a tutti i

livelli. Ancora una volta si ribadisce come la nuova immagine del mondo sia connotata in maniera

definitiva dal divenire: l’osservare scientifico non si rivolge più alla struttura in sé che caratterizza

ogni oggetto, ma a come questa struttura evolve nel tempo. Tale cambiamento non è il risultato di

una decisione arbitraria, ma è stato imposto, in fisica, dalle nuove scoperte che nessuno avrebbe

mai potuto prevedere. La ricerca dell’uno è fallita. Emerge da queste considerazioni l’immagine di

un mondo vivo, di un pianeta vivente che non solo partecipa alla vita, ma che consente la vita, anzi

è vita esso stesso. L’invito è di dialogare con la Natura in modo nuovo, un modo nuovo in cui si

dimentica la vecchia pretesa di dominazione su di essa.

Ecco che prende forma un rapporto tra Uomo e Natura che è più stretto, più intrinseco, dal contatto

quasi esterno, in vera e propria simbiosi. La fisica è soggetta a costrizioni intrinseche che ci

identificano come parte del mondo fisico che stiamo descrivendo. Non è solo il destino che ci

impone gli eventi anche noi siamo corresponsabili di ciò che accade.

7. LOVELOCK E LA NATURA COME ORGANISMO VIVENTE

L’idea tradizionale di natura come meccanismo, entità statica, senza storia, fuori dal divenire

temporale e quindi non soggetta a mutamenti, di matrice deterministica, subì mutamenti in seguito

al progressivo affermarsi delle nuove teorie della meccanica ondulatoria e di quella quantistica,

che provocarono una rottura epistemologica, teoretica e metafisica. Ne è derivata, ad esempio, la

concezione espressa da James Lovelock della natura come essere vivente, come Gaia.

Per Lovelock la Terra è un organismo vivente e come tale merita un nome, è stato scelto Gaia i

quanto era quello dato dai greci alla dea della Terra. Antesignano di Lovelock fu negli anni venti un

russo, Vernadsky, tuttavia le difficoltà linguistiche e i tempi non ancora maturi non hanno permesso

l’affermarsi delle sue idee. Lovelock elaborò la sua ipotesi mentre lavorava alla NASA alla ricerca

della vita su Marte. La cultura del novecento ha portato al superamento di molte dicotomie:

Lovelock ha riunito con la sua ipotesi la frattura tra Mondo animato e Mondo inanimato. Quando ha

mostrato la sua teoria alla comunità scientifica si è mostrato perfettamente consapevole che l’idea

che la terra sia viva è ai confini della credibilità scientifica. Essa postula che la condizione fisica e

chimica della superficie terrestre, dell’atmosfera e degli oceani è stata ed è attivamente resa adatta

e confortevole per la vita dalla sua stessa presenza. Ciò contrasta con la scienza convenzionale,

quando afferma l’adattamento della vita all’ambiente. Per Lovelock invece l’evoluzione delle specie

e l’evoluzione del loro ambiente sono strettamente correlate e costituiscono un unico indivisibile

processo. Al concetto darwiniano di adattamento si sostituisce quello di interazione,

condizionamento reciproco, simbiosi, cooperazione. Lovelock si esprime sul concetto di vita

descrivendola come uno stato comune della materia che si trova sulla superficie della Terrea negli

oceani; la biosfera è per lui un’entità autoregolata, capace di mantenere vitale il nostro pianeta

mediante il controllo dell’ambiente chimico e fisico.

L’esplorazione nello spazio ha fatto sorgere l’ipotesi che la sostanza vivente della Terra, l’aria, gli

oceani e le superfici emerse formino un sistema complesso. A Lovelock venne in mente di fare

un’analisi dell’atmosfera di Marte, essendo convinto che la vita non si potesse trovare in sacche

isolate, cioè che la presenza della vita comporta un’interazione attiva con tutto ciò che rappresenta

il contesto. L’ipotesi consiste nel presupporre che su un pianeta le condizioni di vita sono possibili

solo se “coprono” ogni angolo del pianeta stesso, senza eccezioni e senza zone franche. Queste

considerazioni si fondano su alcune riflessioni che tengono presenti le conseguenze emergenti

dall’ambito della Termodinamica. La Terra viene considerato un vero proprio sistema che

comprende tutta quanta la vita e tutto quanto il suo ambiente strettamente accoppiati così da

formare un’entità che si autoregola, si auto-organizza.

Il concetto di auto-organizzazione è un concetto sviluppato inizialmente dai cibernetica e teorizzato

con piena consapevolezza da Heinz von Foerster che coniò l’espressione “ordine dal rumore”.

L’auto-organizzazione è la comparsa spontanea di nuove strutture e di nuove forme di

comportamento in sistemi aperti lontani dall’equilibrio, caratterizzati da anelli di retroazione e

descritti matematicamente da equazioni non-lineari. Un anello di retroazione o feedback loop è una

disposizione circolare di elementi connessi causalmente in cui una causa iniziale si propaga lungo

le connessioni dell’anello così che ogni elemento agisce sul successivo finché l’ultimo propaga di

nuovo l’effetto al primo elemento del ciclo. L’input subisce l’effetto dell’output. Esso dà come

risultato l’autoregolazione dell’intero sistema, dato che l’effetto iniziale viene modificato ogni volta

che esse compie l’intero ciclo. Metafora del timoniere. Vediamo qual è l’anello di retroazione che

regola l’omeostasi del pianeta terra.

Insieme a Lynn Margulis, Lovelock individuò una rete complessa di anelli di retroazione che

conducevano all’autoregolazione del pianeta. La caratteristica notevole di questi anelli è che essi

collegano sistemi viventi e non viventi. Quindi non si può più pensare alle rocce, agi animali e alle

piante come se fossero entità separate. Questo completa lo sforzo di unificazione della Realtà

iniziato con il riconoscimento della storicità della Natura. In particolar modo il ruolo dell’anidride

carbonica segna la specificità della vita sulla Terra, mettendo in evidenza la sua assenza su Marte.

Ecco il suo ciclo nel dettaglio: i vulcani emettono enormi quantità di CO , poiché questo gas

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contribuisce ad aumentare enormemente l’effetto serra, Gaia ha necessità di eliminarlo

dall’atmosfera, altrimenti la temperatura si innalzerebbe a livelli insostenibili per la vita. Piante e

animali riciclano enormi quantità di CO attraverso i processi di fotosintesi, respirazione e

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putrefazione, eppure questi processi si bilanciano sempre e non hanno alcun effetto sul livello di

CO presente nell’atmosfera. Secondo la teoria di Gaia l’eccesso di CO viene eliminato attraverso

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un immenso anello di retroazione, in cui la degradazione meteorica costituisce un elemento

fondamentale. In questo processo le rocce della crosta terrestre si combinano con l’acqua piovana

e l’anidride carbonica per formare vari composti chimici chiamati carbonati. In questo modo la

CO viene sottratta all’atmosfera e trattenuta in composti liquidi. Questi processi sono puramente

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chimici. Tuttavia si è scoperta la presenza di alcuni batteri nel suolo che come catalizzatori di

questi processi accrescono enormemente la rapidità del processo di degradazione meteorica.

Quando il riscaldamento solare aumenta viene stimolata l’azione dei batteri del suolo, aumenta la

degradazione, viene eliminata una quantità maggiore di dall’atmosfera e quindi il pianeta si

raffredda. Questo movimento circolare si autoalimenta e allo stesso tempo autoregola. L’ipotesi di

Gaia afferma che la superficie della Terra che abbiamo sempre considerato come l’ambiente della

vita fa realmente parte della vita. Ecco anche che l’ipotesi di Prigogine di una Nuova Alleanza

acquista tutta la sua plausibilità: la Terra e la vita che la abita sono un solo sistema in grado di

autoregolarsi attraverso un processo attivo, sostenuto dall’energia fornita dalla luce solare.

Secondo Lovelock Gaia è la più grande manifestazione della vita. Il sistema Gaia comprende:

Organismi viventi che crescono vigorosamente sfruttando ogni occasione naturale.

Organismi soggetti alle leggi della selezione naturale darwiniana.

Organismi che alterano il loro ambiente fisico-chimico.

Vincoli e confini che stabiliscono i limiti della vita: temperatura stabile, neutralità del ph,

concentrazione ottimale di sostanze chimiche.

La caratteristica dell’organismo gaia è l’equilibrio omeostatico per un verso e la capacità di

strutturarsi dall’altro. Questa nuova immagine del mondo impone un nuovo atteggiamento nei

confronti di quella che Edgar Morin ha chiamato la nostra Terra-Patria, una nuova etica, definita

appunto ecoetica. Inoltre:

La vita è un fenomeno su scala planetaria. Su questa scala è quasi immortale e non ha bisogno di

riprodursi.

Non ci può essere l’occupazione parziale di un pianeta da parte degli organismi viventi, ciò non

sarebbe permanente.

Nuova visione del concetto di adattamento darwiniano inserendo la reciprocità, cioè gli effetti

dell’organismo sull’ambiente.

C’è nuova linfa per l’ecologia teorica.

Il rapporto tra l’uomo e gaia dunque si modifica. Dobbiamo abbandonare gli interessi particolari ed

impegnarci nella ecoetica, altrimenti Gaia si comporterà come sempre ha fatto eliminando la nostra

forma di vita che le reca perturbazioni insostenibili, con la nostra azione priva di consapevolezza

della nostra stretta interdipendenza con essa. A questo ci spinge la Nuova Alleanza, la coscienza

della Terra-Patria.

8. MANDELBROT, LA GEOMETRIA FRATTALE E LA SUA ESTENSIONE

La geometria nella sua lunga storia ha attraversato tre tappe fondamentali: la fondazione ad opera

di Euclide, lo sconvolgimento delle geometrie non-euclidee (Riemann) e la reimpostazione radicale

ad opera di Benoît Mandelbrot. Egli ha dimostrato che la rettificazione della Realtà era inattuabile e

che occorreva una trasformazione radicale della geometria da scienza quantitativa a scienza

qualitativa. Ed ha fatto questo attraverso la naturale osservazione della Forma della Natura che

emerge dalle cose stesse. Essa entra perfettamente all’interno della teoria dei sistemi dinamici,

essendo una matematica delle relazioni e delle configurazioni, in cui l’attenzione non è più

all’oggetto, alla quantità o alla sostanza. Il termine frattale deriva dal latino fractus che significa

spezzato e irregolare, la geometria frattale consente una descrizione della Natura più aderente

appunto alla sua irregolarità. All’inizio essa fu accolta malamente dalla maggioranza degli

scienziati che non riuscivano a cogliere il suo significato effettivo. Le nuove forme geometriche

elaborate da Mandelbrot furono il nucleo generatore non solo di singoli oggetti specifici, ma anche

di gruppi di essi a vari livelli e a varie dimensioni. E che lo hanno condotto ad intravedere forme

particolari non solo in enti materiali, ma anche nei grafici di sviluppo di varie attività umane.

PLUS: Un frattale è un oggetto geometrico che si ripete nella sua struttura allo stesso modo su

scale diverse, ovvero che non cambia aspetto anche se visto con una lente d’ingrandimento.

Questa caratteristica è spesso chiamata auto similarità. Il termine frattale venne coniato nel 1975

da Benoît Mandelbrot, e deriva dal latino fractus (rotto, spezzato), così come il termine frazione;

infatti le immagini frattali sono considerate dalla matematica oggetti di dimensione frazionaria.

I frattali compaiono spesso nello studio dei sistemi dinamici e nella teoria del caos e sono spesso

descritti in modo ricorsivo da equazioni molto semplici, scritte con l'ausilio dei numeri complessi.

Ad esempio l'equazione che descrive l'insieme di Mandelbrot è la seguente:

SHAPE \* MERGEFORMAT

dove a e P sono numeri complessi.

n 0

Il termine "frattale" è un neologismo che fu introdotto da Mandelbrot per descrivere alcuni

comportamenti matematici che sembravano avere un comportamento "caotico". Questo genere di

fenomeni nasce dalla definizione di curve od insiemi tramite funzioni o algoritmi ricorsivi.

La natura produce molti esempi di forme molto simili ai frattali. Ad esempio in un albero

(soprattutto nell'abete) ogni ramo è approssimativamente simile all'intero albero e ogni rametto è a

sua volta simile al proprio ramo, e così via; è anche possibile notare fenomeni di auto-similarità

nella forma di una costa: con immagini riprese da satellite man mano sempre più grandi si può

notare che la struttura generale di golfi più o meno dentellati mostra molte componenti che, se non

identiche all'originale, gli assomigliano comunque molto. Secondo Mandelbrot, le relazioni fra

frattali e natura sono più profonde di quanto si creda. Scrive Mandelbrot:

« Si ritiene che in qualche modo i frattali

abbiano delle corrispondenze con la

struttura della mente umana, è per questo

che la gente li trova così familiari. Questa

familiarità è ancora un mistero e più si

approfondisce l'argomento più il mistero

aumenta »

A qualunque scala si osservi, l'oggetto presenta sempre gli stessi caratteri globali. Una sostanziale

differenza tra un oggetto geometrico euclideo ed un frattale è il modo in cui si costruisce. Una

curva piana, infatti, si costruisce generalmente sul piano cartesiano, utilizzando una funzione del

tipo:

f(x(t),y(t)) = 0

che descrive la posizione del punto sulla curva al variare del tempo t. La costruzione dei frattali,

invece, non si basa su di un'equazione, ma su un algoritmo. Ciò significa che si è in presenza di un

metodo, non necessariamente numerico, che deve essere utilizzato per disegnare la curva. Inoltre,

l'algoritmo non è mai applicato una volta sola: la procedura è iterata un numero di volte

teoricamente infinito: ad ogni iterazione, la curva si avvicina sempre più al risultato finale (per

approssimazione), e dopo un certo numero di iterazioni l'occhio umano non è più in grado di

distinguere le modifiche (oppure l'hardware del computer non è più in grado di consentire ulteriori

miglioramenti): pertanto, quando si disegna concretamente un frattale, ci si può fermare dopo un

congruo numero di iterazioni. Alla base dell’auto-similarità sta una particolare trasformazione

geometrica chiamata omotetia (è una particolare trasformazione geometrica del piano o dello

spazio, che dilata o contrae gli oggetti, mantenendo invariati gli angoli ossia la forma).che permette

di ingrandire o ridurre una figura lasciandone inalterata la forma. Un frattale è un ente geometrico

che mantiene la stessa forma se ingrandito con una omotetia opportuna, detta omotetia interna.

La dimensione frattale (o dimensione di Hausdorff) è un parametro molto importante che determina

il "grado di irregolarità" dell'oggetto frattale preso in esame.

Mandelbrot nel suo libro intitolato “Gli oggetti frattali” pubblicato nel 1975 afferma l’esistenza di

differenti metodi per misurare la dimensione di un frattale, introdotti, quando il matematico si

cimentò con la determinazione della lunghezza delle coste della Gran Bretagna. Tra questi, il

seguente:

Si fa avanzare, lungo la costa un compasso di apertura prescritta h e ogni passo comincia dove

finisce il precedente. Il valore dell’apertura h moltiplicato per il numero di passi mi fornirà la

lunghezza approssimativa L(h) della costa; tuttavia rendendo l’apertura del compasso sempre più

piccola i numeri di passi aumenteranno e la lunghezza tenderà all’infinito.Mandelbrot afferma che

la costa è stata modellata nel corso del tempo da molteplici influenze. La situazione si presenta

così complicata perché in geomorfologia non si conoscono le leggi che governano queste

influenze. Possiamo quindi affermare che il caso occupa un ruolo rilevante e tuttora l’unico

strumento capace di fornire una soluzione al problema è la statistica.

Il caso può generare irregolarità ed è capace di generare un’irregolarità talmente intensa come

quella delle coste, anzi in molte situazioni è difficile impedire al caso di andare al di là delle nostre

aspettative.

Il caso non deve essere sottovalutato nello studio degli oggetti frattali in quanto l’omotetia interna

fa sì che il caso abbia precisamente la stessa importanza a qualsiasi scala. Per tanto gli oggetti

frattali sono inseriti nel contesto dei siatemi dinamici caotici.

Nel corso della storia molti matematici sono arrivati alle loro scoperte inaspettatamente. Lo stesso

Mandelbrot afferma di essere arrivato alle sue scoperte per puro caso. Un giorno egli si trovò nella

biblioteca dell’IBM dove molti libri che nessuno aveva mai letto stavano per essere spediti al

macero. Benoit aprì una rivista a caso e lesse il nome del meteorologo Richarson. Questo nome

era già noto al matematico polacco per gli studi che stava effettuando sulla teoria della turbolenza.

Richarson era uno studioso bizzarro ed eccentrico che era solito porsi domande che nessuno altro

avrebbe mai formulato. Queste sue stramberie risultarono nell'anticipare scoperte che alcuni

studiosi realizzarono nei decenni successivi. Nel libro Richarson si preoccupò di misurare la

lunghezza delle linee costiere su scale differenti. Mandelbrot fotocopiò il disegno che descriveva

queste misure e lasciò il libro dove si trovava per riprenderlo il giorno seguente, ma il libro sparì. Il

disegno servì al matematico per formulare la teoria dei frattali perché faceva riferimento a qualcosa

che noi tutti conosciamo, le coste. Mandelbrot si rese così conto che tutti gli studi effettuati da lui

stesso avevano qualcosa in comune seppur spaziavano in discipline completamente differenti. Il

modello di partenza era lo stesso: Mandelbrot si preoccupò di definire l’apparente caos insito in

essi.

Mandelbrot definisce le forme frattali come la nuova geometria della Natura, il modo cioè di

rispecchiare la realtà con modelli da noi elaborati in maniera efficace. La dimensione frattale è

infatti sia struttura che “descrizione”, cioè questa dimensione ha sia un aspetto soggettivo che uno

oggettivo. Questo significa che ciò che sostiene il principio di indeterminazione che Heisenberg

restringeva alla dimensione subatomica, si estende invece anche a livello della nostra esperienza

sensibile. Di più dall’universo naturale si estende ai sistemi molto complessi progettati dall’uomo.

La capacità della geometria frattale di condensare una grande quantità di dati complicati e

irregolari in poche formule semplici, come nessun altro strumento può fare, la rende secondo

mandelbrot un modello adatto alla imprevedibilità dei mercati finanziari. Per questa applicazione

egli individua il concetto di multifrattale: se e un frattale è una struttura o un oggetto le cui parti

echeggiano il tutto ad una scala ridotta, in un multifrattale la riduzione avviene secondo fattori di

scala diversi, alcune parti si riducono velocemente altre lentamente. Essi, al contrario dei frattali

rappresentati in bianco e nero, sono caratterizzati da mezzetinte, da gradazioni di grigio. In ambito

economico essi sembrano in grado di comprendere ciò che la scienza economica classica ha da

sempre cercato di esorcizzare: l’imprevedibilità. Innanzitutto occorre mettere in discussione ciò che

classicamente si affermava, cioè che le contrazioni finanziarie si sviluppano in maniera graduale e

progressiva. Invece l’andamento del mercato è discontinuo.


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AUTORE

Sara F

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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Filosofia della scienza. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Da Einstein a Mandelbrot, Einstein e Galilei miti del nostro tempo?, Fisica classica, il concetto dell’azione dell’attrazione gravitazionale a distanza, teoria della relatività, ecc.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in teorie della comunicazione e dei linguaggi
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sara F di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Filosofia della scienza e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Emanuele Pietro.

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