Ilya Prigogine e la teoria del caos

L'irreversibilità del tempo è il meccanismo che determina l'ordine a partire dal caos   (Ilya Prigogine)

Esaminiamo ora con maggiore attenzione il punto di vista della teoria del caos che, nella struttura essenziale, sostiene che la realtà è un “miscuglio” di disordine ed ordine, e che l'universo funziona in modo tale che dal caos nascono nuove strutture, chiamate strutture “dissipative”. La teoria del caos non si oppone radicalmente alla teoria determinista, nel senso di proporre l’esistenza solo del caos e del caso. Se fosse così sarebbe impossibile qualunque tentativo di fare scienza, a meno che questo consistesse nell’ inventare qualche ordine artificiale nei fenomeni. La teoria del caos propone per l'universo un ciclo di ordine, disordine, ordine, etc., in modo tale che uno porta all’altro.

In relazione con le idee di ordine e caos, in accordo ed oltre le risposte di Prigogine, ci porremo ora alcuni interrogativi, che ora cercheremo di indagare, e cioè come dall'ordine si passa al caos e come del caos si passa all'ordine.

Per la teoria del caos i processi della realtà attraversano tappe di caos e tappe di ordine, e si cerca non solamente di realizzare descrizioni dettagliate dello stato caotico e dello stato di ordine, ma anche e soprattutto di stabilire in che condizioni si passa da uno stato ad un altro.

Per cominciare a comprendere questo punto di vista, possiamo farci guidare dall’esempio dei circuiti circolari. Si tratta ·cioè, di circuiti che incominciano e finiscono in sé stessi. Dato che si tratta di processi circolari, possiamo incominciare a descriverli a partire da qualunque punto scelto arbitrariamente, per esempio, a partire da A (stato di equilibrio).

La fisica si è destreggiata tradizionalmente con un principio filosofico abbastanza semplice: quello che è, continua ad essere, finché non ci sono cause che portano ad una modificazione dello stato pre-esistente. Di qui l'importanza dei principi fisici di conservazione: conservazione della quantità di movimento, conservazione della massa, conservazione dell'energia, etc.

Più concretamente, nel nostro caso, si considera che un sistema tende a rimanere in equilibrio se non c'è nessun agente disequilibrante, e nel caso ci sia, il sistema perturbato poi evolverà di nuovo spontaneamente verso lo stato di equilibrio.

Esempi:

a) In dinamica:· un corpo tende a rimanere in stato di quiete o di moto rettilineo uniforme se non c'è un agente che modifica quella situazione, come potrebbe essere una forza esterna al sistema. Ancora, quando questa forza momentanea alteri la traiettoria (squilibrio), il corpo continuerà nella nuova direzione seguendo lo stesso movimento rettilineo uniforme (ritorno all'equilibrio). Tutto questo è quello che si chiama· “principio di inerzia”.

b) In termodinamica:· un sistema, come per esempio un gas in un recipiente, tende a rimanere in equilibrio se non riceve energia esterna, per esempio sotto forma di calore. Non appena riceve calore cercherà di tornare allo stato di equilibrio restituendo l'eccedenza di energia termica affinché le temperature rimangano in equilibrio dentro e fuori il sistema. Se il gas potesse essere mantenuto assolutamente isolato dall'ambiente, cosa solo teoricamente possibile, ma praticamente impossibile, cioè se fosse un sistema chiuso, il calore interno tenderebbe a distribuirsi omogeneamente a tutto il gas, cioè, non ci sarebbero settori più caldi e settori più freddi: tutti i punti avrebbero la stessa temperatura. Questo è compatibile con la nostra idea abituale di equilibrio (equilibrio di temperature), ma affinché questa distribuzione equilibrata si realizzi, le molecole del gas devono muoversi a caso in forma caotica e disordinata. Se si muovessero in una certa direzione predeterminata, finirebbero con l’esserci zone più calde e zone più fredde. È qui che il nostro buonsenso viene messo in crisi: ogni volta che si associa equilibrio con caos molecolare in fisica. In questo momento, queste considerazioni servono ad un solo scopo: affinché, continuando a pensare nell’ambito della fisica, si possa ammettere che lo stato di equilibrio implica, da un certo punto di vista, uno stato caotico.

Continuiamo con lo schema. Lo stato A di equilibrio, presto o tardi subirà l'influenza di un fattore disequilibrante, in quanto abbiamo detto che non esistono nella pratica sistemi completamente chiusi. Passando così ad uno stato B di squilibrio, il sistema tenderà spontaneamente ad evolvere nuovamente verso l'equilibrio, cioè, sulla base di ciò che abbiamo detto precedentemente, comincia un processo di caos progressivo.

Questo momento è molto importante sul piano della teoria del caos, perché mentre il sistema assume sempre di più uno stato caotico, arriva un momento in cui raggiunge quello che Prigogine denomina il “punto di biforcazione”. Come indica il nome, è un punto dove il sistema può evolvere verso una tra due possibilità: o ritorna allo stato di equilibrio originale, così come prevede la termodinamica classica, oppure abbandona il caos, incomincia ad auto-ordinarsi o auto-organizzarsi fino a costituire una nuova struttura, denominata struttura “dissipativa”, poiché consuma una quantità maggiore di energia rispetto allo stato di organizzazione anteriore che ha· sostituito.

Nell'ambito fisico-chimico, Prigogine ha postulato che gli squilibri chimici non sfociano sempre nell'anarchia, ma a volte permettono l'apparizione spontanea di organizzazioni o strutture perfettamente ordinate, le strutture dissipative, e così, ha dimostrato che gli stati di non equilibrio possono sfociare tanto nel disordine come nell'ordine.

c) L'universo funziona in tale modo; possono nascere nuove strutture dal caos ed è paradossalmente uno stato di non equilibrio il punto di partenza che permette di passare dal caos alla struttura ordinata.

e) L'affermazione che l'ordine nasce dal caos può essere generalizzata con i seguenti esempi: a) l'universo è nato da un caos iniziale ed ha generato un mondo organizzato di galassie; b) dall'attività disordinata delle molecole è nata la vita; c) il sopraggiungere caotico di molti stimoli, quando osserviamo una figura, è organizzato· dalla nostra percezione in una struttura (Gestalt); d) dall'attività disordinata di molti individui nasce l'ordine sociale ed il progresso economico. Uno dei libri più importanti di Prigogine, scritto in collaborazione con Isabelle Stengers, “La nouvelle alliance”, edito in Francia nel 1979, tratta in maniera esaustiva queste tematiche, trattate ampiamente anche nella pubblicazione “La fin des certitudes. Temps, chaos et lois de la nature “[1].

Prigogine porta l'esempio delle reazioni chimiche che mostrano le sorprendenti auto-riorganizzazioni che possono verificarsi dentro i sistemi complessi, in situazioni distanti dall'equilibrio. Immaginiamo un milione di palle bianche mescolate a caso con altrettante nere che rimbalzano caoticamente dentro un contenitore e che possiamo osservare attraverso una finestra di vetro. La massa che vediamo sembrerà quasi sempre grigia. Tuttavia, ad intervalli irregolari ci apparirà bianca o nera, a seconda di come si distribuiscono le palle in prossimità del vetro, in un dato momento.

Supponiamo ora che la finestra diventi tutta bianca e dopo tutta nera, e così alternativamente ad intervalli fissi e regolari. Prigogine si domanda perché si organizzano e sincronizzano in questo modo. Per caso comunicano tra loro e si mettono d’accordo? Secondo tutte le regole tradizionali, questa sincronicità non dovrebbe avvenire, ma invece esiste, ed è quello che si verifica quando in alcune reazioni chimiche si producono quei fenomeni di auto-organizzazione o auto-ordinamento, a dispetto della fisica classica ed al calcolo delle probabilità. Effettivamente, la cosa più probabile è che il sistema evolva a caso verso un miscuglio di palle nere e bianche, ma nel punto di biforcazione succede qualcosa che fa si che il sistema evolva verso stati imprevedibili.

A partire dal punto di biforcazione, allora, può incominciare un processo di ordinamento progressivo che sfocierà in una struttura dissipativa, la quale, a sua volta, entrerà in uno stato di squilibrio che genererà un nuovo caos, e così via. Nei termini di Prigogine, l'universo è un ciclo di caos, ordine, caos, ordine, etc., in cui si richiede un gran consumo di energia per passare da una tappa all'altra.

Il sistema può evolvere verso il suo stato di equilibrio originale: gli esempi tipici sono i meccanismi omeostatici che possono essere tanto naturali, come la termoregolazione negli esseri viventi, che artificiali, come ad esempio il termostato di una stufa.

Il mantenimento dell'equilibrio in famiglie con un paziente schizofrenico è un altro esempio nell'area della psicologia.

Questo è caratteristico dei sistemi “chiusi”. Le virgolette alludono al fatto che questi sistemi sono a rigore aperti, dato che si parte dall'ipotesi che lo squilibrio di cui tali sistemi soffrono è dovuto ad un'influenza esterna. In generale, non si ammette che un sistema assolutamente chiuso possa squilibrarsi spontaneamente e, del resto, un tale sistema, benché concepibile teoricamente, non esiste nella pratica. Quando Prigogine dice che nel migliore dei casi i sistemi chiusi costituiscono solo una piccola porzione dell'universo fisico, allude ai sistemi “chiusi”, con virgolette, cioè, quelli che compensano gli squilibri col ritorno all'equilibrio originale. La maggior parte della realtà non è ordinata, prosegue Prigogine, né stabile né equilibrata, ma convive col cambiamento, il disordine, il caso, benché sia capace di generare strutture ed ordinamenti non aleatori. Come dicono alcuni filosofi, tutto è relazionato con tutto. Un sistema assolutamente chiuso, sarebbe rappresentato dallo schema del tipo AA, cioè, nasce in A e muore in A, cioè, persisterebbe sempre in forma indefinita in un eterno stato di equilibrio.

Conseguentemente, non è possibile sostenere che la differenza tra un sistema aperto ed uno chiuso è il fatto che uno riceve un’influenza esterna e l'altro no, poiché tutti i sistemi, in pratica, la ricevono. Allora, a che cosa si riferiscono i pensatori sistemici, con von Bertalanffy in testa, quando distinguono sistemi chiusi ed aperti? Essi stabiliscono una serie di altre importanti differenze, delle quali analizzaremo il tipo di retroazione presente in ognuno di essi, perché è una differenza rilevante nel contesto della teoria del caos.

BIBLIOGRAFIA

[1] Prigogine I. , Stengers I. , La nouvelle alliance, Gallimard, Paris,1979,· trad. it. La nuova alleanza. Metamorfosi della scienza, Einaudi, Torino, 1999.

Prigogine, Ilya, 2001, La fin des certitudes. Temps, chaos et lois de la nature, Paris, Poches Odile Jacob, trad. it. La fine delle certezze. Il tempo, il caos e le leggi della natura, Bollati-Boringhieri, Torino, 1997