» Esercizi svolti di Matematica e Fisica

L'architettura della complessità

Brano tratto da Godel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid.

[...] Basta solo che consideriamo la più solida delle scienze solide, la fisica, per trovare esempi caratteristici di sistemi che vengono spiegati in termini di "parti" interagenti le quali sono di per sé invisibili. In fisica, come in qualsiasi altra disciplina, un sistema è un gruppo di parti interagenti. Nella maggior parte dei sistemi che conosciamo, durante l'interazione le parti conservano la propria identità, sicché continua ad essere visibili all'interno del sistema. Ad esempio, quando una squadra di calcio si raduna, i singoli giocatori rimangono separati e non si fondono in un qualche ente composito in cui la loro individualità vada perduta. Pure, e questo è l'importante, nel loro cervello si svolgono certi processi che sono evocati dal contesto della squadra e che altrimenti non si svolgerebbero, cosicché quando divengono parte del sistema più ampio, della squadra, entro certi limiti i giocatori cambiano identità. Questo genere di sistemi si chiama sistema quasi scomponibile (il termine è tratto dall'articolo di H. A. Simon "The Architecture of Complexity"). Un sistema siffatto consiste di moduli debolmente interagenti, ciascuno dei quali mantiene la propria identità nel corso di tutta l'interazione, ma che, modificando leggermente il loro modo di essere rispetto a quando si trovano fuori dal sistema, contribuiscono al comportamento coesivo del sistema nel suo complessivo. I sistemi studiati dalla fisica sono di solito di questo tipo. Ad esempio, un atomo si può considerare costituito da un nucleo la cui carica positiva cattura un certo numero di elettroni che si dispongono su "orbite" o stati legati. Gli elettroni legati sono molto simili agli elettroni liberi, malgrado siano contenuti in un oggetto composito.

Altri sistemi studiati dalla fisica non presentano la relativa semplicità dell'atomo. In questi sistemi hanno luogo interazioni estremamente forti, per effetto delle quali le parti sono inghiottite nel sistema più ampio e perdono in tutto o in parte la propria individualità. Un esempio di ciò è dato dal nucleo dell'atomo, che di solito viene descritto come "un insieme di protoni e neutroni". Ma le forze che tengono insieme le particelle componenti sono così forti che queste ultime non non mantengono affatto la loro "forma libera". E in effetti, sotto molti profili, un nucleo si comporta come una particella libera, sotto molti profili, un nucleo si comporta come una particella libera più che come un raggruppamento di particelle interagenti. Quando un nucleo viene disintegrato, spesso ne vengono emessi protoni e neutroni, ma di solito vengono prodotte altre particelle, come mesoni e raggi gamma. Tutte queste particelle sono fisicamente presenti all'interno del nucleo già prima della sua scissione, oppure sono soltanto "scintille" che prendono il volo al momento della disintegrazione? Forse non ha senso cercare una risposta a questa domanda. A livello della fisica delle particelle, non è tanto chiara la differenza tra accumulazione di potenziale per produrre le "scintille" e accumulazione di sottoparticelle effettive.

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