Arecchi, uno scienziato che la prende con filosfia

‘Mi è stato chiesto di raccontare la mia vita professionale e confesso di essere rimasto alquanto perplesso’. E’ l’inizio di “Coerenza Complessità Creatività”, il volumetto edito da Di Renzo Editore in cui il fisico Fortunato Tito Arecchi si racconta.

Parlando di sé attraverso spaccati di vita alternati a grafici e note scientifiche, Arecchi sottolinea come, nonostante il gap esistente fra scienze della natura e scienze umane, tutte le ricerche siano guidate da logiche procedurali simili fra loro. Per motivare la sua convinzione, il fisico ricorre all’analisi dei metodi utilizzati dai personaggi della narrativa criminale, individuando analogie tra questi e la ricerca scientifica.

Un modo interessante per accorciare le distanze fra il linguaggio comune e quello scientifico. Nato a Reggio Emilia, Arecchi si trasferisce ancora bambino a Messina, dove resta fino ai primi anni dell’università, per spostarsi successivamente, con la famiglia, a Pavia.

È il 1953 quando inizia a frequentare il Politecnico di Milano. Fin dal liceo Arecchi ha un grande amore per la filosofia, che accresce il suo impegno in fisica, trasformandola in un’esplorazione della frontiera fra epistemologia e ontologia. Eppure, racconta, dopo il biennio di fisica, decide di iscriversi a ingegneria, indotto dalla convinzione che un ingegnere trovasse più facilmente un impiego. Ma alla fine, il suo iniziale interesse trionfa e, dal 1960 al 1962, lo troviamo all’università di Stanford, dove si specializza in fisica quantistica e in ottica dei laser. Ed è in questo settore che Arecchi dà il suo maggior contributo scientifico scoprendo i fenomeni di ordine e disordine nei laser e descrivendoli mediante la statistica dei fotoni.

Tratto da: Almanacco della Scienza

La fabbrica del libero arbitrio

Siamo figli del caso o della necessità? Alla filosofia risponde ora la scienza con un’ipotesi legata al funzionamento dei neuroni. Sì, il libero arbitrio è una realtà documentabile. Esistono cioè ampi margini di libertà individuale sottratti al determinismo della struttura di partenza, i geni. Non solo: la stessa creatività può essere materia di indagine scientifica. È solo un problema di "Dinamiche caotiche cerebrali". Ecco titolo e temi della affascinante ricerca sui meccanismi della conoscenza che l’equipe di Tito Arecchi, uno dei grandi della fisica italiana, conduce ad Arcetri su un progetto Università - CNR - Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA) al quale l’Ente Cassa di Risparmio di Firenze contribuisce con un finanziamento triennale di oltre 120 mila euro. Due le sfide. La prima: come visualizzare la risposta del singolo neurone? I metodi noti (elettro o magneto-encefalo-gramma; risonanza magnetica funzionale) hanno scarsa risoluzione, localizzano un’area cerebrale, non il singolo neurone. Negli animali di laboratorio si inseriscono elettrodi sottili che "vedono" il singolo neurone, ma si tratta di un metodo invasivo non praticabile sull’uomo.La seconda sfida mira all’intelligenza vegetale. Spiega Arecchi: "in collaborazione con il LINV (Lab. Internazionale di Neurologia Vegetale) di Firenze, abbiamo misurato l’attività elettrica di cellule delle radici delle piante che somigliano ai neuroni. Ma il fatto che una singola cellula risponda con impulsi elettrici a uno stimolo è solo metà dell’analogia; è cruciale l’accoppiamento globale. In un certo senso, il cervello animale ha già inventato Internet da milioni di anni. E le piante?"

Su questi temi il professore ha di recente dato alle stampe un libretto (Coerenza, complessità, creatività, Di Renzo editore) che in 110 pagine riassume lo scenario della ricerca. Che inizia a Firenze nel 1982 quando l’equipe di Arecchi fornì la prima prova sperimentale di caos deterministico nei laser. Un ossimoro per dire che al passare del tempo la perdita di informazione iniziale dipende dal numero (almeno tre) dei parametri che la compongono. Esempio tipico la meteorologia: per quanto accurati siano i dati di partenza, dopo un po’ (un paio di giorni) nasce una incertezza che richiede ulteriori dati. Anche il sistema solare è caotico, ma l’informazione si perde in un milione di anni, perciò le nostre osservazioni, vecchie appena un migliaio di anni, paiono darci un sistema stabile .Così come il determinismo di Newton ha generato l’ideologia ottimistica della completa prevedibilità della scienza, così il caos deterministico ha generato l’ideologia post-moderna che le certezze durano poco e che tutto è indeterminato. "La verità sta nel mezzo", sostiene Arecchi. "Se riusciamo a controllare il caos per un tempo sufficiente a prendere decisioni significative, allora torniamo a vivere in un universo di certezze. Un essere intelligente non decide in base alle sole informazioni (affette da caos) ricevute attraverso i sensi; piuttosto le elabora attraverso le memorie pregresse (esperienze, istruzione, ecc.) e le ri-codifica in un contenuto nuovo, stabilizzato a sufficienza per decidere sensatamente su di esso".Ma come avviene tutto ciò? La corteccia cerebrale contiene milioni di neuroni e una percezione significativa implica l’accordo di un gran numero di essi. Il singolo neurone è un sistema dinamico che risponde a uno stimolo con un treno di brevi impulsi elettrici (un millesimo di secondo). Se isoliamo il singolo neurone, i suoi impulsi sono collocati nel tempo in modo caotico; se invece prendiamo una folla di neuroni che scambiano segnali mutui e che inoltre ricevono dati dal resto del cervello (parleremo del ruolo dell’attenzione e delle emozioni), questi neuroni possono accordarsi per una frazione di secondo a sincronizzare i propri impulsi; così come fanno i vari cantori di un coro quando cantano all’unisono.Dunque, mediante il controllo del caos, una giostra disordinata di stimoli individuali si organizza in una risposta collettiva che permette decisioni motorie (eseguire un’azione) o linguistiche. Anche un computer viene programmato con un repertorio finito da cui pescare per ri-elaborare un input, solo che lo fa in modo stereotipato, non si adatta alla situazione in corso d'opera. Noi invece possiamo ritagliare brani delle nostre memorie e ricomporli in modi inediti. "facciamo un uso infinito di risorse finite": questa è la creatività che distingue l'uomo dal computer.

Coerenza, Complessità, Creatività

Coerenza, Complessità, Creatività; F. Tito Arecchi

Di Renzo Editore

La scienza moderna estrae dettagli misurabili con misurazioni ripetibili che non lasciano adito a incertezze, ma questa collezione di misure non dà la “costruzione logica del mondo”. L’uomo è infatti un animale semiotico e cerca nell’esperienza dei significati globali, non del tutto ripetibili, ma dipendenti dal contesto, dalle condizioni ambientali di luce e suoni o dal nostro umore, aggiungendo, con operazioni di feedback, delle variabili ulteriori pescate dal proprio bagaglio di memorie. Con il resoconto della sua vita scientifica, Arecchi tende a mostrare come dalla fisica della coerenza e complessità si finisca con il formulare una fisica della cognizione, con un recupero dei significati globali al di là dei dettagli misurati dagli strumenti.

Fortunato Tito Arecchi è Professore ordinario di Fisica all’Università di Firenze. È stato inoltre Presidente dell’Istituto Nazionale di Ottica dal 1975 al 2000. I suoi maggiori contributi riguardano la scoperta dei fenomeni di ordine e caos nei laser e la loro descrizione mediante la statistica dei fotoni, di cui diede la prima evidenza nel 1965. Ha esplorato la complessità spazio-temporale di sistemi ottici e il controllo e la sincronizzazione di sistemi caotici, con applicazioni alle reti di neuroni. È Fellow della Optical Society of America e membro della Academie Internationale de Philosophie des Sciences, della Academia Europaea e del Comitato Scientifico per la Fisica dell’Istituto Solvay. Ha ricevuto numerosi premi internazionali.