Supponiamo per semplificare di avere delle molecole rosse che possono trasformarsi in molecole azzurre e viceversa. Avvicinandoci all'equilibrio, abbiamo fluttuazioni incoerenti: possiamo osservare a caso lampi di colore azzurro ci rosso all'interno del reattore. Allontanandoci dalrequilibrio, constatiamo invece la comparsa di oscillazioni chimiche: il.reattore diventa interamente rosso, poi azzurro, poi di nuovo rosso. È evidentemente il segno del manifestarsi di una coerenza nel comportamento dei miliardi e miliardi di molecole coinvolte nella reazione chimica. Questa coerenza è resa possibile grazie a correlazioni di lunga portata che si manifestano nel non-equilibrio 6 • Di più, perché questo accada, sono necessari dei fenomeni di retroazione non lineari, sui cui particolari non mi addentrerò. Ciò che è importante è che, · a seconda delle costrizioni, cambia il comportamento del sistema. Ora, noi oggi sappiamo che la vita è un fenomeno essenzialmente di non-equilibrio, ed è naturale pensare che i fenomeni di coerenza osservati tra i neuroni abbiano anch'essi la loro origine nel non-equilibrio e nella non-linearità. Ma questi fenomeni periodici sono a loro volta modificati quando si spinge il sistema · ancora più lontano dall'equilibrio.Si possono allora manifestare fenomeni di turbolenza chimica, che rimangono altamente organizzati, coinvolgendo numeri immensi di particelle. Si parla di passaggio al caos dissipativo. Una classificazione importante dei sistemi dinamici è basata sulla natura degli attrattori che caratterizzano l'evoluzione temporale dei sistemi stessi. Un pendolo smorzato tornà progressivamente alla sua posizione di equilibrio: si ha a che fare con un attrattore puntuale.L'oscillatore chimico di cui abbiamo parlato prima percorre un ciclo limite: il suo attrattore è dunque una linea. Ma esistono attrattori ben più complicati, formati da un gran numero di punti, che danno al sistema un duplice aspetto di stabilità e di instabilità. Questi attrattori sono stati chiamati "attrattori strani" da David Ruelle7 e sono stati oggetto di un grandissimo numero di studi. Ora, ed è qui il secondo punto sul quale vorrei insistere, noi oggi sappiamo che questo caos dissipativo può dar luogo a una creazione di informazione, può codificare dei segnali. Supponiamo di avere una reazione in regime di caos implicante tre molecole x, y, z. Supponiamo che ogni volta che la concentrazione di una delle tre sostanze oltrepassa una certa soglia, queste sostanze precipitino per formare un polimero. Avremo dunque delle sequenze molecolari del tipo xyzzyzyx. Cosa intendiamo per informazione codificata nella catena polimerica? Le molecole x, y, z possono succedersi in modo puramente disordinato: xyzzyzxxzyyyyxzxxyx. Questa sequenza non corrisponde a nessuna informazione sfruttabile e riproducibile, e noi non avremmo nessuna possibilità di utilizzare la catena come codice. Supponiamo invece che la sequenza registrata sia periodica: xyzxyzxyzxyzxyz; anche in questo caso si tratterebbe di un'informazione molto povera. Ma se noi lavoriamo in regime di caos, tra le diverse unità osserviamo correlazioni di lunga portata, prossime a quelle correlazioni osservate nelle molecole biologiche, che permettono di codificare un' informazione. In qualche modo, l'irreversibilità caratteristica della reazione caotica è stata incapsulata dalla materia. Esperienze di questo tipo sono state effettuate da Nicolis e Subba Rao, ed SCIENZA/PRIGOGINE esiste oggi una teoria matematica particolareggiata di questa creazione di informazione a partire dal caos8 • È bene ricordare che oggi possiamo analizzare le manifestazioni elettriche del1'attività cerebrale, l'elettroencefalogramma. E qui, come hanno dimostrato gli studi di Agnès Babloyantz e dei suoi colleghi dell'università di Bruxelles, si vede che queste oscillazioni sono effettivamente caotiche 9 • C'è di più. Tutti sanno che un cuore che batte irregolarmente è un cuore malato, ma, curiosamente, una regolarità troppo grande nell'attività elettrica del cervello porta all'epilessia e ad altre alterazioni dell'attività cerebrale. C'è in proposito tutto un nuovo campo da esplorare: lo studio delle malattie dinamiche, legate al disordine temporale, che aprono un terreno affascinante all'incrocio tra la medicina e la fisica. Ed eccomi al térzo problema: l'irreversibilità, forse il più importante di tutti, perché l'introduzione della freccia del tempo esige una modificazione radicale della descrizione dinamica. La dinamica classica è oggi vecchia di tre secoli. Essa sembrava fino a poco tempo addietro la branca più completa del sapere ·umano, quella che era alla base della rappresentazione fisica del mondo. Vorrei qui citare una recente dichiarazione di sir James Lihthill, allora presidente dell'International Uni.on ofTheoretical and Applied Mechanics: " ... Parlo ... a nome della grande confraternita mondiale degli studiosi di meccanica. Dobbiamo tutti assieme fare ammenda per aver indotto in errore il grande pubblico continuando a diffondere l'idea che i sistemi che soddisfano le leggi del moto di Newton si comportano in modo deterministico, idea che sapevamo non essere corretta sin dal 1960" 10 • Ho sempre trovato sorprendente questo testo. Che ci si debba scusare di avere indotto in errore i propri colleghi, capita; ma qui si tratta di un errore che è stato perpetuato nel corso di tre secoli. Nel 1892Henri Poincaré proponeva di distinguere i sistemi dinamici in integrabili e non integrabili. Questa classificazione ha un significato molto semplice". L'energia di un sistema di particelle comprende in generale due parti: l'energia cinetica e l'energia di interazione, che dipende in generale dallt: reciproche posizioni delle particelle. La domanda di Poincaré era: si può eliminare l'energia potenziale? A lui questa domanda si era presentata a causa del suo interesse per il problema detto "dei tre corpi" (per esempio Sole-Terra-Giove), problema classico della dinamica newtoniana. Poincaré ha risposto negativamente; fortunatamente per noi, poiché un universo senza interazioni sarebbe un universo monadico, incoerente, nel quale non ci sarebbe né chimica, né vita, né posto per il pensiero. Poincaré ha fatto di più. Ha mostrato che l'origine dellanon-integrabilitàè l'esistenza di risonanze tra i diversi livelli di libertà del sistema. Tutti sanno che le risonanze sostengono un ruolo critico nei trasferimenti di energia tra sistemi accoppiati: come sanno bene i bambini che spingono l'altalena sulla sua propria cadenza per imporle accelerazioni e decelerazioni. Negli anni 1950-60, Kolmogorov, un matematico sovietico di genialità paragonabile a quella di Poincaré, seguito ben presto da Arnold e Moser, ha dimostrato che se le risonanze sono rare o "di debole intensità", la maggioranza dei movimenti rimane periodica; ma si presenta un fenomeno nuovo: le traiettorie aleatorie, "stocastiche". È a questo 71
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