Introduzione alla Teoria della Complessità

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1 Introduzione alla Teoria della Complessità Nuova versione 2010 aggiornata e corretta

2 Qualche domanda per cominciare 2

3 Cos hanno in comune il clamoroso insuccesso della New Coke nel 1985 e i 140 operai mangiati dai leoni in Kenya nel 1898? 3

4 Che c'entra la politica sociale con le strategie aziendali delle compagnie aeree? 4

5 Perché lo studio delle formiche è una delle ricerche più avanzate per comprendere il funzionamento della mente? 5

6 Che c entra Jurassic Park con la pesca dei naselli? 6

7 ??? 7

8 Sembrano fenomeni disparati eppure Hanno in comune il fatto di essere tutti associati a sistemi complessi. I sistemi complessi, e i fenomeni ad essi collegati, sono l'oggetto di studio della Teoria della Complessità 8

9 Teoria della Complessità: cos è La Teoria della Complessità è lo studio multidisciplinare dei sistemi complessi adattivi e dei fenomeni emergenti ad essi associati (Questa definizione si chiarirà progressivamente) 9

10 Teoria della Complessità: cos è La Teoria della Complessità non è pura speculazione filosofica E non fa certamente parte della Scienza ortodossa La Teoria della Complessità appartiene alla cosiddetta terza cultura 10

11 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 11

12 Pionieri della Complessità Tra i pionieri della Teoria della Complessità troviamo sia filosofi, sia eminenti scienziati Facciamo la loro conoscenza (in rapida successione) 12

13 Manfred Eigen Premio Nobel per la Chimica 13

14 Isabelle Stengers Filosofa 14

15 Ilya Prigogine Premio Nobel per la Chimica 15

16 Edgar Morin Sociologo 16

17 Murray Gell-Mann Premio Nobel per la Fisica 17

18 Caos e complessità La Teoria della Complessità si sviluppa alla fine degli anni '70 e si diffonde nel decennio successivo Nello stesso periodo si diffonde anche la cosiddetta Teoria del Caos 18

19 Caos e complessità La Teoria del Caos è lo studio delle leggi del caos (deterministico), rese celebri dal best-seller Chaos di James Gleick Nonostante alcune sovrapposizioni, Teoria della Complessità e Teoria del Caos non coincidono (anzi, in un certo senso, la prima include la seconda) 19

20 Primi passi e sguardo d insieme

21 Primi passi NON confondiamo ciò che è COMPLESSO con ciò che è semplicemente COMPLICATO (Certo, sembra un gioco di parole!) 21

22 Complicato Complicato da complicatus, ovvero: con pieghe (come un origami) Può essere s-piegato dalla cosiddetta Scienza Classica 22

23 Complesso Complesso da complexus, ovvero: con intrecci (come un groviglio) NON può essere spiegato dalla Scienza Classica 23

24 Sguardo d insieme Il nostro viaggio nella complessità toccherà 6 punti principali: 1) STRUTTURA dei sistemi complessi: cioè come sono fatti (e quindi come si riconoscono) i sistemi studiati dalla Teoria della Complessità 24

25 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 25

26 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 26

27 Pronti? Inizia il viaggio

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

29 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 ) 29

30 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 30

31 Sistema aperto Il sistema solare è un esempio di sistema aperto: lo attraversano comete e polvere interstellare 31

32 Sistema aperto Anche una fabbrica è un sistema aperto: entrano materie prime ed energia; escono prodotti finiti e scorie 32

33 Sistema aperto Anche gli organismi sono sistemi aperti: entrano acqua, cibo e luce solare; escono semi e prodotti di scarto 33

34 Tante componenti complesse Oltre ad essere aperto Un sistema complesso è costituito da tante componenti più o meno complesse 34

35 Tante componenti complesse Una componente è tanto più complessa quanto più lunga è la sua descrizione scientifica maggiormente compressa* *cioè priva di ridondanze 35

36 Tante componenti complesse Una città è costituita da tante componenti molto complesse: insetti, topi, persone, strade, edifici, automobili, fogne, campi elettromagnetici... 36

37 Tante componenti complesse L acqua è costituita da tantissime componenti poco complesse: principalmente molecole di H2O 37

38 Tante componenti complesse Un computer è costituito da tante componenti moderatamente complesse: circuiti integrati, cavi, alimentatore 38

39 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 39

40 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 40

41 Esempio Consideriamo il sistema composto dalle componenti A, B, C, D, E: A C B E D Vediamo alcune delle interazioni possibili 41

42 A C B E D Interazioni lineari (c è una sequenza): Il sistema NON è un sistema complesso! 42

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

44 A C B E D Interazioni locali non in sequenza: Il sistema PUO ESSERE un sistema complesso! 44

45 Interazioni locali non lineari In poche parole: le componenti devono formare una RETE Se c è un hub (componente centrale) o una sequenza lineare, il sistema NON può essere a rete 45

46 La questione del leader I sistemi (sociali) con un leader possono essere complessi oppure solo complicati Hub = componente con cui interagiscono in modo non locale tutte le altre componenti Leader = in un sistema gerarchico, la componente con rango più elevato 46

47 La questione del leader Se il leader è un hub, il sistema può essere più o meno complicato ma certamente non può essere complesso Se il leader non è un hub, il sistema può essere complesso (ed è più o meno ordinato a seconda di quanto è rigida la gerarchia) 47

48 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 48

49 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) 49

50 Complesso oppure no? Mucchio di sabbia 50

51 Complesso oppure no? Mucchio di sabbia: NON è certamente un sistema complesso! 51

52 Complesso oppure no? Termitaio 52

53 Complesso oppure no? Termitaio: è un sistema STRAORDINARIAMENTE complesso! 53

54 Complesso oppure no? Un satellite artificiale 54

55 Complesso oppure no? Un satellite artificiale: molto complicato, ma non particolarmente complesso 55

56 Complesso oppure no? Batterio 56

57 Complesso oppure no? Batterio: è certamente un sistema MOLTO complesso! 57

58 Complesso oppure no? Problema dei due corpi 58

59 Complesso oppure no? Problema dei due corpi: è un sistema complicato, ma non complesso 59

60 Complesso oppure no? Una coppietta 60

61 Complesso oppure no? Una coppietta è un sistema MOLTO complesso! 61

62 Complesso oppure no? Sistema di controllo del traffico 62

63 Complesso oppure no? Sistema di controllo del traffico: molto complicato, ma non molto complesso 63

64 Complesso oppure no? Sistema di (auto)controllo del metabolismo cellulare 64

65 Complesso oppure no? Sistema di (auto)controllo del metabolismo cellulare: MOLTO complesso 65

66 ...indubbiamente! 66

67 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 67

68 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 68

69 Weltanshaung Sistemi super complessi Sistemi molto complessi Sistemi di media complessità Sistemi poco complessi 69

70 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 70

71 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) 71

72 Sistemi molto complessi Tutti gli esseri viventi, dai batteri alle sequoie giganti Sono organizzati in sistemi di sistemi: cellule, tessuti, organi, apparati, ecc. A questo livello di complessità, non ha più senso parlare di sistemi complicati 72

73 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! 73

74 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici «Natura facit saltus» Sistemi naturali fisico-chimici 74

75 Complessità Sistemi neurobiologici e sociobiologici Sistemi biologici Sistemi artificiali? SISTEMI COMPLICATI Sistemi naturali fisico-chimici 75

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