Introduzione alla Teoria della Complessità. Tullio Tinti

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1 Introduzione alla Teoria della Complessità Tullio Tinti Imperia, ottobre-dicembre 2006

2 Qualche domanda per cominciare Tullio Tinti 2

3 Cos hanno in comune il tentativo di sterminare gli insetti col DDT e l attuale crisi dell Alitalia? Tullio Tinti 3

4 Cos hanno in comune il clamoroso insuccesso della New Coke nel 1985 e i 140 operai mangiati dai leoni in Kenya nel 1898? Tullio Tinti 4

5 Perché le previsioni del tempo sono scientificamente determinanti per decidere se effettuare oppure no manipolazioni genetiche? Tullio Tinti 5

6 Perché lo studio delle formiche è una delle ricerche più avanzate per comprendere il funzionamento del cervello? Tullio Tinti 6

7 Che c entra Jurassic Park con l andamento della Borsa? Tullio Tinti 7

8 E che c entrano i fenomeni paranormali con la pesca dei naselli? Tullio Tinti 8

9 ??? Tullio Tinti 9

10 Sembrano fenomeni disparati eppure Hanno in comune il fatto di essere TUTTI fenomeni complessi. I fenomeni complessi sono i fenomeni studiati dalla Teoria della Complessità Tullio Tinti 10

11 Teoria della Complessità: cos è La Teoria della Complessità è lo studio multidisciplinare dei sistemi complessi adattivi e dei fenomeni complessi ad essi associati (Torneremo con più calma su questa definizione) Tullio Tinti 11

12 Teoria della Complessità: cosa NON è La Teoria della Complessità NON E una delle tante (pseudo)discipline della filosofia NEW AGE Tullio Tinti 12

13 Perché questa precisazione? Perché la Teoria della Complessità non è una filosofia simile a quelle tradizionali E non fa parte della scienza ortodossa Appartiene alla cosiddetta terza cultura Che alcuni confondono con la new age (forse aiutati in questo da internet) Tullio Tinti 13

14 Cos è la terza cultura? Una comunità di biologi evoluzionisti, genetisti, fisici, epistemologi, scienziati cognitivi e neuroscienziati che: non si riconosce né nella cultura umanistica né in quella tecnologica sta producendo una nuova filosofia naturale fortemente interdisciplinare Tullio Tinti 14

15 Pionieri della Complessità Tra i pionieri della Teoria della Complessità troviamo sia filosofi, sia eminenti scienziati Facciamo la loro conoscenza (in rapida successione) Tullio Tinti 15

16 Manfred Eigen Premio Nobel per la Chimica Tullio Tinti 16

17 Isabelle Stengers Filosofa Tullio Tinti 17

18 Ilya Prigogine Premio Nobel per la Chimica Tullio Tinti 18

19 Edgar Morin Sociologo Tullio Tinti 19

20 Murray Gell-Mann Premio Nobel per la Fisica Tullio Tinti 20

21 Primi passi e sguardo d insieme Tullio Tinti 21

22 Primi passi NON confondiamo ciò che è COMPLESSO con ciò che è semplicemente COMPLICATO (Certo, sembra un gioco di parole!) Tullio Tinti 22

23 Complicato Complicato da cum + plicatus, ovvero: piegato insieme (come un origami) Può essere s-piegato dalla cosiddetta Scienza Classica Tullio Tinti 23

24 Complesso Complesso da cum + plexus, ovvero: intrecciato insieme NON può essere spiegato dalla Scienza Classica Tullio Tinti 24

25 Sguardo d insieme I nostri incontri toccheranno 6 punti principali: 1) STRUTTURA dei sistemi complessi: cioè come sono fatti (e quindi come si riconoscono) i sistemi studiati dalla Teoria della Complessità Tullio Tinti 25

26 Sguardo d insieme 2) CARATTERISTICHE dei sistemi complessi: cioè come funzionano i sistemi complessi 3) PROPRIETA filosoficamente interessanti : cioè cosa rende così speciali i sistemi complessi e cosa ne dice la filosofia Tullio Tinti 26

27 Sguardo d insieme 4) METODO della Teoria della Complessità: cioè in che modo vengono studiati i sistemi complessi 5) ESEMPI ed APPLICAZIONI 6) CULTURA della complessità Tullio Tinti 27

28 Pronti? Inizia il nostro viaggio Tullio Tinti 28

29 1. Struttura dei sistemi complessi Come sono fatti (e quindi come si riconoscono) i sistemi complessi Tullio Tinti

30 Struttura I sistemi complessi sono sistemi aperti costituiti da: tante componenti più o meno complesse che interagiscono tra loro attraverso numerosissime interazioni locali non lineari (Fa eccezione solo l Universo, l unico sistema complesso che non si può definire aperto ) Tullio Tinti 30

31 Sistema aperto Un sistema si dice aperto se interagisce con l ambiente (attraverso lo scambio di materia, energia o informazioni) In pratica, TUTTI i sistemi sono aperti; però alcuni interagiscono così poco con l ambiente da essere quasi chiusi Tullio Tinti 31

32 Sistema aperto Il sistema solare è un esempio di sistema aperto: lo attraversano comete e polvere interstellare Tullio Tinti 32

33 Sistema aperto Anche una fabbrica è un sistema aperto: entrano materie prime ed energia; escono prodotti finiti e scorie Tullio Tinti 33

34 Sistema aperto Anche gli organismi sono sistemi aperti: entrano acqua, cibo e luce solare; escono semi e prodotti di scarto Tullio Tinti 34

35 Tante componenti complesse Oltre ad essere aperto Un sistema complesso è costituito da tante componenti più o meno complesse Tullio Tinti 35

36 Tante componenti complesse Una componente è tanto più complessa quanto più lunga è la sua descrizione (Più precisamente: la complessità effettiva di una componente è data dalla lunghezza della sua descrizione dettagliata maggiormente compressa) Tullio Tinti 36

37 Tante componenti complesse Una città è costituita da tante componenti molto complesse: insetti, topi, persone, strade, edifici, automobili, fogne, campi elettromagnetici... Tullio Tinti 37

38 Tante componenti complesse L acqua è costituita da tantissime componenti poco complesse: principalmente molecole di H 2 O Tullio Tinti 38

39 Tante componenti complesse Un computer è costituito da tante componenti moderatamente complesse: circuiti integrati, cavi, alimentatore Tullio Tinti 39

40 Interazioni locali non lineari Un sistema complesso è aperto ed è costituito da tante componenti più o meno complesse; inoltre: Le sue componenti sono collegate tra loro attraverso interazioni locali non lineari Tullio Tinti 40

41 Interazioni locali non lineari INTERAZIONI LOCALI: ogni componente influisce su quelle più vicine INTERAZIONI NON LINEARI: molte interazioni tra componenti avvengono contemporaneamente; inoltre le funzioni matematiche che descrivono le interazioni tra componenti sono non lineari Tullio Tinti 41

42 Esempio Consideriamo il sistema composto dalle componenti A, B, C, D, E: A C E B D Vediamo alcune delle interazioni possibili Tullio Tinti 42

43 A C E B D Interazioni non locali (c è una componente centrale): Il sistema NON è un sistema complesso! Tullio Tinti 43

44 A C E B D Interazioni lineari (c è una sequenza): Il sistema NON è un sistema complesso! Tullio Tinti 44

45 A C E B D Interazioni locali non lineari: Il sistema PUO ESSERE un sistema complesso! Tullio Tinti 45

46 Interazioni locali non lineari In poche parole: le componenti devono formare una RETE Se c è una componente centrale o una sequenza lineare, il sistema NON può essere a rete Tullio Tinti 46

47 Ricapitoliamo I sistemi complessi sono sistemi aperti costituiti da: tante componenti più o meno complesse che interagiscono tra loro attraverso una rete di interazioni (matematicamente) non lineari Tullio Tinti 47

48 Complesso oppure no? Per stabilire se un sistema è solo complicato oppure se è invece più o meno complesso, ci si basa su: Numero delle componenti Complessità delle componenti Struttura a rete (interazioni locali non lineari) Tullio Tinti 48

49 Complesso oppure no? Mucchio di sabbia Tullio Tinti 49

50 Complesso oppure no? Mucchio di sabbia: NON è certamente un sistema complesso! Tullio Tinti 50

51 Complesso oppure no? Termitaio Tullio Tinti 51

52 Complesso oppure no? Termitaio: è un sistema STRAORDINARIAMENTE complesso! Tullio Tinti 52

53 Complesso oppure no? Un satellite artificiale Tullio Tinti 53

54 Complesso oppure no? Un satellite artificiale: complicato, ma non (particolarmente) complesso Tullio Tinti 54

55 Complesso oppure no? Batterio Tullio Tinti 55

56 Complesso oppure no? Batterio: è certamente un sistema MOLTO complesso! Tullio Tinti 56

57 Complesso oppure no? Problema dei due corpi Tullio Tinti 57

58 Complesso oppure no? Problema dei due corpi: è un sistema complicato, ma non complesso Tullio Tinti 58

59 Complesso oppure no? Una coppietta Tullio Tinti 59

60 Complesso oppure no? Una coppietta è un sistema MOLTO complesso! Tullio Tinti 60

61 Complesso oppure no? Sistema di controllo del traffico Tullio Tinti 61

62 Complesso oppure no? Sistema di controllo del traffico: molto complicato, ma non molto complesso Tullio Tinti 62

63 Complesso oppure no? Sistema di (auto)controllo del metabolismo cellulare Tullio Tinti 63

64 Complesso oppure no? Sistema di (auto)controllo del metabolismo cellulare: molto complesso Tullio Tinti 64

65 Tullio Tinti 65

66 Precisazione: Non esiste un confine rigido e preciso tra sistemi complessi e sistemi non complessi Esiste invece un continuum tra sistemi minimamente complessi e sistemi massimamente complessi Tullio Tinti 66

67 Weltanshaung La Teoria della Complessità propone una vera e propria visione filosofica del mondo (Weltanshaung): Il mondo è visto come una gerarchia di sistemi più o meno complicati e più o meno complessi Tullio Tinti 67

68 Weltanshaung Sistemi super complessi Sistemi molto complessi Sistemi di media complessità Sistemi poco complessi Tullio Tinti 68

69 Sistemi poco o per nulla complessi Sistemi naturali inanimati, come le rocce e i gas (e le loro componenti fisiche) Insiemi di tali sistemi, ad esempio galassie senza vita Sono complicati nel senso di descrivibili usando il linguaggio fisico-matematico Tullio Tinti 69

70 Sistemi di media complessità Sistemi artificiali (cioè artefatti umani) Possono essere più o meno complicati I sistemi più complicati (come i computer) producono fenomeni piuttosto complessi (come il software e internet) Tullio Tinti 70

71 Sistemi molto complessi Tutti gli esseri viventi, dai batteri alle sequoie giganti Sono organizzati in sistemi di sistemi: cellule, tessuti, organi, organismi, ecc. A questo livello di complessità, non ha più senso parlare di sistemi complicati Tullio Tinti 71

72 Sistemi super-iper-complessi Tutti i sistemi neurobiologici, cioè gli esseri viventi dotati di sistema nervoso Se sono organizzati in colonie o società, la complessità aumenta ulteriormente Al momento, non è neppure concepibile una matematica che descriva tutta questa complessità! Tullio Tinti 72

73 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici «Natura facit saltus» Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 73

74 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? SISTEMI COMPLICATI Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 74

75 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 75

76 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 76

77 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 77

78 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 78

79 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 79

80 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 80

81 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 81

82 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 82

83 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 83

84 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? Sistemi naturali fisico-chimici Tullio Tinti 84

85 Fine prima parte Tullio Tinti 85