09/12/21

Perché Parisi ha preso il Nobel ***

Innanzitutto devo dire che ho fatto abbastanza fatica a capire la vera motivazione del Nobel dato a Parisi e, quindi, spero che la mia versione "divulgativa" sia abbastanza fedele agli obiettivi raggiunti dal nostro scienziato.

Detto in parole molto semplicistiche possiamo dire che Parisi ha cercato di trovare un ordine nel caos. Un risultato che è sicuramente da Nobel, dato che potrebbe aprire nuove frontiere nello studio dei sistemi caotici che ci circondano ovunque, andando dal microcosmo al Cosmo. Pensiamo all'atmosfera, al moto degli asteroidi all'interno delle risonanze, ai dischi di accrescimento, alla stessa formazione stellare e a mille altre cose sia di grande scala, come le galassie, sia estremamente piccole come le cellule umane. E chissà quanto altro ancora. Basti pensare, ma per adesso è solo fantasia, al comportamento apparentemente del tutto casuale che regna nella meccanica quantistica. Nasconde, forse, un ordine ancora incompreso?

Il punto chiave delle sue ricerche è stato il cosiddetto vetro di spin, ossia una sostanza amorfa, non cristallina. Pensiamo a cosa capita, ad esempio, all'acqua. A mano a mano che la raffreddiamo essa si trasforma da un sistema di atomi e molecole, in continuo movimento disordinato, in un insieme che segue regole ben precise e trova l'equilibrio in una configurazione cristallina. Ciò si ottiene nel passaggio da liquido a solido.

La stessa cosa capita a molte altre sostanze che possono assumere strutture micro e macroscopiche perfettamente regolari quando la loro temperatura scende sotto un certo valore. In particolare, tutto ciò si può rappresentare attraverso la direzione del campo magnetico delle particelle che da casuale viene ad assumere una direzione ben definita, uguale per tutte. Immaginiamo le nostre particelle come dei piccoli magneti che abbiano una certa direzione o, se preferite, come delle bussole che puntano l'ago verso il nord (possiamo considerare l'ago come lo "spin"). Se ci avviciniamo a una anomalia magnetica, ecco che le bussole perdono la... bussola.

Nel vetro di spin le bussole sono in questo stato ma, basta che cambino le condizioni al contorno ed ecco che in qualche modo si riesce a registrare il cambiamento nella struttura che cerca un ordine di brevissima durata e del tutto instabile. Scrivere attraverso equazioni queste variazioni "ordinate" di un insieme "disordinato" è stata la grande conquista di Parisi. Ad esempio, un atomo può cambiare spin sempre che le temperature non siano troppo basse e che lo blocchino del tutto in modo non veramente casuale, magari cercando di adattarsi agli atomi vicini. Una memoria di situazioni passate? una ricerca di collaborazione? Non chiediamo troppo, ma sfruttiamo queste configurazioni semi stabili e locali per poter descrivere i cambiamenti della struttura.

Cambiamenti che restano nell'ambito del disordine "ordinato" del microcosmo e che si trasformano nelle fluttuazioni  del macrocosmo. In poche parole, Parisi ha cercato con svariati successi, di leggere nel disordine un ordine che riesca a renderlo meno caotico e, in qualche modo, porti a una specie di determinismo.

E' noto come Parisi ami gli stormi degli uccelli. Essi si muovono rapidamente in cielo, in modo del tutto imprevedibile (casuale), ma danno luogo a strutture estremamente ordinate nel loro disordine. Alla fine, l'intero stormo appare come un unico sistema apparentemente ordinato. In altre parole, il caos che si organizza in un nuovo ordine, ma che rimane , però,  instabile e “disordinato”.

Quale ne è la causa? Per gli uccelli si pensa che siano le posizioni degli uccelli vicini. Un coordinamento tra individui che diventano parti di un solo sistema che si organizza di momento in momento senza una linea determinata.  Parisi ha affrontato con successo  questo problema, formulando due ipotesi possibili di comunicazione fra i volatili. Nella prima si suppone che ogni uccello si muova tenendo conto di cosa succede ad una certa distanza da esso, nella seconda lo stesso uccello si muove tenendo conto di come si muovono sei o sette altri volatili ad esso più vicini. Con un modello matematico che ne interpreta il movimento, la seconda ipotesi può spiegare meglio il fenomeno del moto collettivo dello stormo.

Mi sono dilungato sugli stormi dato che è un esempio alla portata di tutti, ma la vera importanza degli studi sta nel riuscire a "controllare" il disordine ordinato delle strutture amorfe, che poi tali non sono del tutto, e di legare l'evoluzione del sistema con le variazioni delle condizioni al contorno.

A questo punto chiedo scusa a tutti (e in particolare al prof. Parisi), ma mentre reputo fantastica la sua opera di comprensione e descrizione del caos attraverso le risposte di tipo ordinato che si possono leggere al suo interno, mi rimangono grossi dubbi sull'applicazione alla climatologia. Il mio problema è molto semplice (forse troppo...): potrei forse essere in grado di stabilire una certa evoluzione del sistema vetro, imponendo variazioni controllate esterne di cui ho una chiara conoscenza. Potrei, forse, anche comprendere certe regole nel moto degli n-corpi, inserendo anche tra le cause del caos i passaggi ravvicinati con i pianeti, dato che sono quantificabili. E via con molti altri esempi.

Per il clima, invece, non abbiamo ancora  la capacità di quantificare e descrivere pienamente le fluttuazioni dell'ambiente circostante. In  altre parole, l'atmosfera ha un'evoluzione di tipo caotico che potrebbe anche nascondere una sua regolarità, cosa in cui è maestro Parisi, ma per poter passare alla descrizione e alla comprensione delle cause e -alla fine- fare anche delle previsioni che una volta sarebbero risultate impossibili, bisognerebbe conoscere perfettamente tutte le variabili che possono influenzare il sistema atmosfera. Sarebbe troppo bello che l'unica variabile fosse la CO2. E il Sole dove lo mettiamo?  I risultati legati solo alla presenza della CO2 porterebbero a descrizioni sicuramente fallaci e parziali.

E' quindi necessario  capire perfettamente le fluttuazioni del Sole e di come esse si trasferiscano al comportamento disordinato dell'atmosfera. Solo una conoscenza completa delle condizioni al contorno può rendere sensate le possibili regolarità presenti nel disordine. Una parziale conoscenza delle variazioni esterne porterebbe, come già detto, a conclusioni imprecise o travisate.

Insomma, se conosciamo ben poco delle condizioni al contorno risulta del tutto inutile cercare di vedere in un sistema una sua possibile evoluzione ordinata, per saltuaria che sia. Considerando solo la CO2 è come se io studiassi il moto caotico di un asteroide, inserendo solo Saturno e trascurando, ad esempio, Giove. Potrei anche trovare un certo ordine nel disordine, ma sarei costretto a spiegarne le cause in un modo completamente errato. E, meno che mai, potrei fare previsioni

Spero che queste brevi commenti servano a far comprendere in modo molto "rozzo" il lavoro eccezionale di Parisi, ma anche il rischio di applicarlo, senza le necessarie conoscenze dell'ambiente circostante. Travisare la cause porterebbe, sicuramente, a una previsione priva di significato.

In conclusione, fatemi dire a titolo del tutto personale, che se non vivessimo un momento in cui, volente e nolente, la Società deve essere incanalata verso una svolta pericolosissima sotto l'ombrello del "verde" a tutti i costi, il vero lavoro di Parisi non avrebbe avuto, forse, un elevato numero di sostenitori. Ciò che ha dato il via libera è la sua applicabilità alla climatologia e a una certa visione parziale  di essa. Non per niente, il Nobel è andato anche a chi ha cercato di sfruttarlo per dare credibilità a modelli che si sono ampiamente dimostrati fallaci. Cari amici, ordine o disordine, caos o determinismo, il succo è che senza capire perfettamente il comportamento del Sole e dei suoi effetti sul nostro scudo protettivo, non ci si può illudere più di tanto.

7 commenti

  1. Mario Fiori

    Ma certo caro Enzo, il lavoro di Parisi è notevolissimo, la sua applicazione climatologica c'è solo da sperare che non sia il pegno fondamentale per avere ricevuto il Nobel. Dare regole al caos è fantastico, darle anche all'atmosfera sarebbe fantastico altrettanto ma inserire tutte le variabili è sicuramente poco remunerativo (nel vero senso tintinnante della parola).

  2. Lo spero anch'io. Resta comunque il fatto che il lavoro di Parisi, a parte la forzatura di volerlo applicare al clima, è degno del premio!

  3. Fiorentino Bevilacqua

    Concordo.

  4. Daniela

    Una spiegazione super-semplice (oltre che spiritosa) del Nobel a Parisi avallata dal diretto interessato... INFN su Twitter: Vetri di spin e caos

  5. Massimo

    Buonasera Zappalà,

    intanto la ringrazio per la sua spiegazione del vetro di spin.

    Modificare le condizioni al contorno significa applicare una forza che modifica momentaneamente le condizioni di quanto sta dentro al contorno e in tal modo determinare un ordine momentaneo quando le soglie di energia permettono ancora un intervento energetico (quindi termodinamico).

    Sulla questione più sottile ve la meccanica quantistica nasconda un ordine deterministico tramite variabili nascoste (David Bohm - Albert Einstein) questa ipotesi non sarà mai dimostrabile in quanto fenomeni quantistici come il dual slit (fenomeno fondamentale) sono di natura indecidibile per cui è impossibile decidere cosa accada.

    Sul Principio di Mach in versione gauge e che vedo trapelare velatamente dal suo intervento che lei si limita ad estendere a poche ore luce come influenza dei pianeti del sistema solare non posso che essere d'accordo.

    Ma che viviamo di approssimazioni statistiche (la percezione della realtà non micromondo quantistico è questa) lo avremmo dovuto capire da un pezzo, la stessa Costante di Boltzmann ce lo dice da tempo e diciamolo lo troviamo estesamente in diversi testi per cui è cosa ben compresa da tempo.

    Altrettanto abbiamo impossibilità a conoscere completamente ogni variabile atmosferica e non per via del solo fenomeno dell'attrattore di Lorenz, ma anche per via del principio d'indeterminazione di Heisemberg, come detto prima della Costante di Boltzmann, per cui ci sarà sempre preclusa quella predittività esatta, e continua, quindi completa, che lei indica.

    Gli stormi si muovono in quel modo dopo un lungo processo evolutivo di ben 66 milioni di anni dove solo il 5% dei dinosauri piumati volanti (che appartengono a poche linee di tassonomia lo ha dimostrato la decodifica del genoma) sopravvisse all'asteroide di Chixulub (dati dai recenti fossili in Cina dimostrano la grande quantità di specie pre estizione)  seguita dalla gigantesca e duratura eruzione vulcanica generatrice dei Trappi del Deccan in India che grazie al dott Shultz della Nasa sappiamo essere dovuta a fratturazione della crosta da impatto asteroidale nell'emisfero opposto e tali movimenti coordinati sono dovuti a sensori evolutosi sul corpo degli uccelli oltre che da modificazioni al contorno, in quanto gli uccelli al contorno sono parte dello stormo e per fare stormo necessitano del sistema di controllo di distanza a loro volta, semplicemente è una tecnica difensiva di gruppo evolutasi in 66 milioni di anni tra le poche specie sopravvissute e che si sono nuovamente diversificate in riempimento delle nicchie ecologiche e non perfetta come ogni processo evolutivo, in quanto accadono lo stesso scontri con impatti tra uccelli dello stesso stormo.

    Il successo di Parisi è possibile per proprietà isotrope delle strutture amorfe.

    Prima di comprendere se la mia presenza NON è gradita colgo l'occasione per ricordarle che Solo una conoscenza completa delle condizioni al contorno può rendere sensate le possibili regolarità presenti nel disordine non è sufficiente in quanto servono proprietà isotrope dell'insieme amorfo.

    Sono invece concorde con lei nel sostenere che dovremmo conoscere completamente le condizioni delle fluttuazioni del Sole e però andiamo incontro al problema che il Sole è un reattore nucleare a fusione che oltre estrarre enormi quantità di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica gamma con plasma a 16 milioni di gradi Kelvin e usa la gravità (quindi scalare vettoriale non pettinato vettorialmente) come sistema di contenimento del plasma del core, col plasma delle sua intera massa, quindi esterno al core di fusione generante a sua volta moti convettivi interni quanto intensi campi magnetici che emergono dalla fotosfera, dove le linee di campo magnetico a loro volta contenitive del plasma si rompono emettendo getti di massa coronale, dato che energizzano tale plasma che corre lungo le linee di forza del campo e tale reattore a fusione per tale non contenimento totale del plasma periferico non gode di contenimento stabile e soffre di continue emissioni di massa coronale com'è ben noto ai militari, agli astronomi, agli astrofili e anche a riviste di divulgazione di base.

    Nuovamente la richiesta di completezza è impossibile da soddisfare.

    Colgo l'occasione per indicarle come, invece, falliscono i tori (oggetti topologici pettinabili vettorialmente) nel confinamento magnetico tramite un fenomeno quantistico:   http://www.dm.unibo.it/~ferri/hm/tesi/tesiMazzi.pdf

    Questa tesi di laurea e i testi che usa per essere redatta sono un epitaffio tombale sulle illusioni di poter produrre la fusione controllata a confinamento magnetico in quanto non esistono materiali che sfuggano al fenomeno che rende impossibile contenere il plasma di fusione.

    Nuovamente ci viene a mancare completezza.

    A quanto pare la lectio magistralis che matrigna natura ci somministra regolarmente in tal senso non risulta accettabile a uno status mentis di Prometeo.

    Solo che il problema non è matrigna natura o anche matrigna realtà fisica detta in altro modo, è lo status mentis di Prometeo il reale unico problema che abbiamo e con cui agiamo come pazzi alterando il nostro ecosistema con tale status mentis.

    Sto cercando in ogni modo di fare comprendere a lei, come alla sua platea, che esistono dei limiti invalicabili, inutile sforzarsi e che, quindi, è inutile continuare a pensare alla Prometeo dove tutto c'è possibile basta volerlo e impegnarsi, è palesemente falso il pensiero di Prometeo, ma temo che non lo accetterete, a chi piace solo Prometeo di ammettere che ha dei vincoli ineludibili in quanto costitutivi non va proprio di ammetterlo accettandolo.

  6. Caro Massimo,

    grazie per il tuo tentativo di farci comprendere, con frasi del tutto incomprensibili. Ti avverto che a partire dal tuo prossimo intervento cancellerò i tuoi commenti.

  7. Oltretutto nel nostro sito si cerca di parlare italiano... Colgo una tua frase molto indicativa:

    Solo una conoscenza completa delle condizioni al contorno può rendere sensate le possibili regolarità presenti nel disordine non è sufficiente 

    chi è il soggetto di "può rendere" e chi è il soggetto di "non è sufficiente" ? Hanno lo stesso soggetto oppure ne è volato via qualcuno? Cominciamo da una lingua accettabile e poi si può anche passare alla scienza.

    Addio!

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