«Per la scoperta dell’interazione fra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici dalla scala atomica a quella planetaria».
Quando si scrive di scienza e ancor più di scienziati, ci si sente sempre un po’ in bilico su di un terreno scivoloso. La scienza ha un suo linguaggio, che è quello matematico, e al di fuori di esso basta poco per finire col parlare in termini sensazionalistici, nella speranza di affascinare il lettore. Se poi si scrive di uno scienziato di cui si ha una stima particolare – come mi appresto a fare –, il rischio diventa ancora maggiore.
Lo scienziato in questione è il professore emerito dell’università romana La Sapienza Giorgio Parisi, da oggi (5 ottobre 2021) annoverato anche tra i vincitori del Premio Nobel per la fisica. Dopo la medaglia Boltzmann (1992), quella Dirac (1999), il premio Galileo (2006), la medaglia Max Planck (2010) e il premio Wolf (2021), Parisi ha infatti ottenuto anche il massimo riconoscimento dell’Accademia Reale svedese delle Scienze «per la scoperta dell’interazione fra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici dalla scala atomica a quella planetaria» [1].
Effettivamente sarebbe bello per me scrivere un intero articolo sul professor Parisi, persino mitizzandolo. Potrei riportare per esempio un aneddoto che lui stesso ha confessato durante un’intervista di qualche anno fa: il professore racconta di aver imparato a riconoscere e memorizzare i numeri all’età di tre anni, e per questo già da piccolissimo era capace di riconoscere le diverse tratte dei bus e passava il tempo giocando al ‘Gioco dei quindici’ (il rompicapo in cui occorre ordinare quindici tessere numerate all’interno di una cornice con sedici posizioni). O ancora, per fare un salto temporale, potrei raccontare del suo presidentato all’Accademia dei Lincei, durante il quale si è dedicato tra le altre cose alla connessione tra scienza e discipline umanistiche, in un tentativo di unificazione di stampo neo-rinascimentale. O infine del suo impegno nella battaglia contro il Covid, attraverso modelli e previsioni matematiche sull’andamento della pandemia [2].
Tuttavia penso che sia più corretto nei suoi confronti, e nei vostri, parlare sopratutto della materia di ricerca di cui Giorgio Parisi è stato tra i fondatori, a cui ha dedicato la sua vita di scienziato e che ora gli è valsa il premio più prestigioso al mondo in campo scientifico. Una materia che certamente lo ha affascinato e appassionato perché – è di nuovo lui a dircelo – il suo maestro Nicola Cabibbo gli ha insegnato che il vero movente di uno scienziato è la curiosità, e vale la pena di studiare solo ciò che ci diverte, pur se agli occhi dei più può apparire tremendamente impenetrabile. Non a caso, quindi, i suoi studi, per quanto vari ed eclettici, si sono concentrati sopratutto nel campo dei sistemi complessi.
Un sistema complesso si caratterizza tipicamente per la difficoltà di descrizione qualora si cerchi di comprenderlo a partire dalle singole parti che lo compongono. In altre parole, un sistema complesso è solitamente formato da molti micro-sistemi, ma il suo comportamento non è spiegabile andando a studiare singolarmente questi micro-sistemi. Un esempio semplice ma comprensibile a tutti è dato dai gruppi di animali, come per esempio un banco di pesci: esso è composto da una moltitudine di pesci, ma se si studia il singolo pesce si perde completamente di vista il comportamento del banco e non si sarà mai in grado di predirne il movimento complessivo. Vi sono quindi, nei sistemi complessi, quelle che si chiamano proprietà emergenti, ossia proprietà globali di un sistema, le quali emergono dall’interazioni tra le parti del sistema, ma che non sono proprie delle singole parti. Un altro esempio interessante è raccontato direttamente da Parisi stesso, in un documentario dal titolo Giorgio Parisi e la fisica della complessità [3]: all’interno delle stazioni della metropolitana, fintanto che esse non sono particolarmente affollate, le persone si muovono su traiettorie scomposte, talvolta scontrandosi; aumentando via via il numero di persone, si vede emergere un comportamento più ordinato, lungo delle file, in cui persone che si muovono in una direzione comune tendono a raggrupparsi e a muoversi all’unisono lasciando lo spazio a chi viene nella direzione contraria. Non vi è un ordine dettato dall’alto, non vi è neppure una coscienza esplicita da parte delle persone, eppure esse si ritrovano a comportarsi in modo collettivo. Qualcosa di simile accade anche in economia, per citare un campo attorno al quale oggi il mondo si orienta: la previsione del comportamento di singoli investitori è dettato da regole di microeconomia ben note, ma il passaggio dalla microeconomia alla macroeconomia è tutt’altro che banale e le previsioni possono dare risultati disastrosi.
Una seconda caratteristica fondamentale dei sistemi complessi è che la loro dinamica, ossia la loro evoluzione temporale, è terribilmente sensibile e facile da modificare. Ciò dipende dal fatto che, per questi sistemi, molte evoluzioni diverse sono possibili e una piccola variazione nelle condizioni iniziali può determinare enormi differenze nello stato finale del sistema. A questo dobbiamo aggiungere la cosiddetta non-linearità, che significa che per un sistema complesso è impossibile prevedere la risposta ad uno stimolo combinato a partire dalla risposta a singoli stimoli. In altre parole, se un sistema complesso risponde in maniera A ad uno stimolo e in maniera B ad un altro stimolo, la risposta del sistema ad entrambi gli stimoli non sarà data da A+B. Questi due fattori – la sensibilità allo stato iniziale del sistema e la non-linearità – rendono i sistemi complessi estremamente difficili da gestire all’interno di una teoria scientifica. Esempi del genere possono essere il clima atmosferico (del quale è a tutti nota la difficoltà di previsione a medio e lungo termine), oppure i movimenti della crosta terrestre (si pensi all’imprevedibilità degli eventi sismici), per non parlare di tutti i fenomeni che coinvolgono l’uomo: dall’economia, alla politica, fino alle relazioni sociali.
Parisi ha svolto il ruolo di ‘apripista’ in diversi studi relativi ai sistemi complessi, sopratutto per quanto riguarda sistemi disordinati a livello atomico come quelli del vetro, che contengono atomi molto diversi e mischiati tra loro in modo complesso e disordinato. Uno dei suoi obiettivi, quindi, era uno studio teorico/matematico delle proprietà di certi tipi di materiali a partire da questo disordine. Ma, come abbiamo visto, i sistemi complessi appartengono a una vasta gamma di fenomeni, per cui gli studi matematici di Parisi lo hanno portato ad interessarsi a fenomeni anche estremamente diversi dagli atomi in sistemi microscopici, come ad esempio l’effetto di fluttuazioni sulle ere glaciali del pianeta. All’epoca Parisi si occupava di dinamica quantistica, ma un giorno gli capitò di assistere ad una conferenza sulle glaciazioni. Il modello proposto nella conferenza era prettamente deterministico e dettato dai movimenti periodici del pianeta, mentre Parisi intuì che a questi movimenti andava sommato l’effetto di fluttuazioni dovute a eventi climatici casuali dell’atmosfera terrestre. Queste fluttuazioni, associate a quelle che poi Parisi e i suoi colleghi chiamarono risonanze stocastiche, hanno trovato applicazioni anche in elettronica, medicina e nelle neuroscienze.
Storicamente la fisica ha cercato sempre di scomporre sistemi di difficile comprensione nelle sue singole parti, in modo da affrontare la natura attraverso una comprensione delle sue unità fondamentali. L’approccio di Parisi e degli altri fisici dei sistemi complessi è in un certo senso un nuovo modo di affrontare la fisica, dettato dalla necessità di spiegare sistemi complessi attraverso uno studio olistico, che includa in sé il fenomeno abbracciandolo nella sua interezza. Questo approccio, così diverso da quanto gli scienziati del passato hanno sempre immaginato di fare, potrebbe essere la chiave per una modellizzazione matematica e quindi un’interpretazione di fenomeni attualmente apparentemente indecifrabili.