sabato, gennaio 13, 2007

Simmetria e caos: la forma dei fiocchi di neve.


Per rispondere sinteticamente alla domanda che dà il titolo al suo libro, cito ancora Ian Stewart:

Equazioni di per sè prive di qualsiasi simmetria a volte danno origine ad una dinamica regolare e a volte al caos. Si è scoperto che questo è vero anche per le equazioni simmetriche. Se si modificano opportunamente i coefficienti numerici delle equazioni, si può ottenere una dinamica caotica che obbedisce a regole simmetriche. Un caos simmetrico. Che cosa fanno i sistemi di questo genere? La risposta più semplice si ottiene pensando alla reappresentazione geometrica e agli attrattori. Quel che si scopre [...] è che gli attrattori sono caotici (perchè lo sono le dinamiche) e simmetrici (perchè lo sono le regole).

Ian Stewart - Che forma ha un fiocco di neve?


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mercoledì, gennaio 03, 2007

La geometria del caos e la dinamica dei frattali.

Un titolo enigmatico, una frase che rappresenta una sorta di palindromo bifronte, concettualmente non letteralmente, perchè vuole mettere in luce la dualità che esiste tra i frattali ed il caos deterministico. Ancora una volta lo spunto è una citazione da un matematico attuale:
Seguendo la pratica matematica corrente e rappresentando la dinamica in termini geometrici, si mette bene a fuoco la sconcertante natura duale del caos.
Associato ad ogni sistema dinamico, vi è un suo proprio spazio geometrico, lo spazio delle fasi [...]. Nei sistemi caotici le linee di flusso (o traiettorie di stato), si dirigono verso forme complesse dette attrattori. [...] La geometria di questi attrattori combina il concetto di caos e quello di frattale.


Ian Stewart - Che forma ha un fiocco di neve?
La matematica del caos e la geometria dei frattali sono scoperte fondamentali del XX secolo, che hanno consentito la rivisitazione dei concetti fondamentali di molte branche della scienza - per non dire della conoscenza tutta - tanto da presentarsi oggi come la scintilla di innesco di una rivoluzione epistemologica tuttora in corso, di cui è ancora difficile comprendere la portata.
Concetti come caos e frattale, oggi astrusi ai più, dovrebbero diventare di base per chiunque desideri una chiave di lettura per questo nostro affascinante universo.

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Caos deterministico: il confine tra casualità e regole.

La meccanica statistica, cui Boltzmann ha dato un contributo fondamentale, ha permesso di comprendere i processi alla base del comportamento dei sistemi formati da grandi quantità di elementi - o particelle - interagenti, passaggio fondamentale per lo sviluppo di interi settori della fisica - termodinamica, dinamica dei gas, dinamica del plasma, meccanica quantistica -. Il prezzo da pagare è stato un tributo alla casualità.
Nessuno oggi mette in discussione la grande importanza della teoria della probabilità per spiegare i meccanismi fisici, ma tutti siamo consapevoli del contrasto tra il determinismo delle equazioni dinamiche - spesso innalzate al rango ambiguo e aberrante di "leggi della natura" - e la mera stima delle probabilità di eventi aleatori. Heisenberg, Godel, Prigogine: questi illustri studiosi, e molti altri, hanno fatto comprendere come quello statistico sia un metodo di indagine imprescindibile nella comprensione dei fenomeni e dei processi della natura e della vita. Tuttavia permane il senso di disagio, e - in alcuni casi - il disaccordo con l'intuito quando si tenta di leggere la natura con questi solo strumenti.
Ci vengono incontro le idee che scaturiscono dal caos deterministico per trovare una convergenza tra concetti che possono sembrare assai distanti tra loro:
Il caos è casualità apparente con una causa puramente deterministica. E' un comportamento sregolato governato per intero da regole. Il caos abita nella zona di penombra tra regolarità e casualità. [...] Per certi versi, nel caos vi è un'autentica casualità. In termini approssimativi, si può dire che le regole di un sistema caotico si attaccano alla microscopica casualità delle condizioni iniziali e la amplificano rendendola evidente nel comportamento su larga scala. La discussione viene resa più difficile da un problema filosofico: la vera casualità esiste davvero?

Ian Stewart - Che forma ha un fiocco di neve?

Forme e cognizione: le "leggi di natura".

Per chi avverte un certo imbarazzo quando sente dire che l'uomo ha scoperto le "leggi della natura", e che esse altro non sono che formule matematiche, la cui cruda aridità spesso appare all'intuito semplicemente inadeguata a suonare tutte le sinfonie dell'universo.

La mente umana va infaticabilmente alla ricerca di forme. Per poter sopravvivere in un mondo ostile, abbiamo sviluppato una sensibilità alle configurazioni, che usiamo per prevedere che cosa ci accadrà.
A volte [...] le configurazioni ci sono davvero e rivelano effettivamente verità importanti sull'universo. Le chiamiamo leggi di natura. E' di questo che si occupa la scienza, di portare alla luce le configurazioni segrete che fanno funzionare l'universo. Usare la matematica è per gli esseri umani il modo più efficace di riflettere sulle configurazioni. Ci siamo quindi convinti che le leggi di natura siano leggi matematiche.


Ian Stewart - Che forma ha un fiocco di neve?