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Articolo pubblicato il 17-06-2005
Luciano Pietronero
Università di Roma La Sapienza
e Istituto dei sistemi Complessi CNR)
Numero 17 - Anno 2
17 Giugno 2005
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 La scienza della complessità e il nuovo Istituto del CNR
Steven Hawking (Jan. 2000):
“The past century has been the century of quantum mechanics, I think the next century will be the century of complexity”
Lo studio dei sistemi complessi riguarda l’emergere di proprietà collettive in sistemi con un gran numero di componenti in interazione tra loro. Questi elementi possono essere atomi o batteri in un contesto fisico o biologico, oppure persone, macchine o imprese in un contesto economico. La scienza della complessità cerca di scoprire i presupposti e il comportamento emergente dei sistemi complessi, elementi spesso invisibili agli approcci tradizionali, focalizzandosi sulla struttura delle interconnessioni e della architettura generale dei sistemi, piuttosto che sui loro singoli componenti.
Si tratta di un cambio di orientamento nella forma mentis degli scienziati più che di una nuova branca scientifica. La scienza tradizionale si basa su un ragionamento riduzionistico per cui se sono noti tutti i fattori che concorrono a creare una situazione, è possibile prevederne il risultato e viceversa. È facile però rendersi conto che per una cellula o per le dinamiche socio-economiche si è di fronte ad una nuova situazione in cui la conoscenza delle proprietà degli elementi individuali non è sufficiente per descrivere la struttura nel suo insieme. Possiamo rappresentare questa situazione come lo studio della “architettura” della materia e della natura. Essa dipende in qualche modo dalle proprietà dei “mattoni”, ma possiede poi caratteristiche e leggi fondamentali che non possono essere ricollegate a quelle dei singoli elementi. A partire dai sistemi fisici più tradizionali, come quelli critici in cui competono ordine e disordine, questi comportamenti emergenti si possono identificare in molti altri sistemi, dall’ecologia e dai sistemi immunitari all’economia e dell’imprenditoria. La scienza della complessità si prefigge l’obiettivo di comprendere questi sistemi. Quali “regole” ne governano il comportamento? Come si adattano ai cambiamenti? Come apprendono in modo efficiente e come ottimizzano il loro stesso comportamento?
Lo sviluppo della scienza della complessità non si riduce ad una singola innovazione tecnologica o teorica ma sottintende ad un nuovo approccio scientifico che ha enormi potenzialità per influenzare profondamente le attività scientifiche, sociali, economiche e tecnologiche. Utilizzare quest’approccio e valorizzare le notevoli competenze scientifiche esistenti in Italia in questo campo per risolvere molti problemi scientifici e tecnologici è l’obiettivo dei progetti che abbiamo proposto con la creazione del nuovo Istituto dei sistemi Complessi del CNR.
L’auto-organizzazione al lavoro
Un importante esempio dello scenario che abbiamo descritto è lo sviluppo di reti complesse quali Internet o il World-wide-web, che rappresentano oramai la base delle comunicazioni personali, commerciali e militari a livello planetario. Esse hanno però l’incredibile caratteristica di non essere state progettate da nessuno! L’usuale approccio “top down” della progettazione di una rete telefonica o satellitare è sostituito da una dinamica “bottom up” in cui nuovi server si aggiungono alla rete o ne vengono eliminati. Questo tipo di dinamica presenta aspetti di auto-organizzazione ed evoluzione biologica che richiedono una visione completamente nuova e interdisciplinare.
Dai virus informatici all’epidemiologia
Lo studio dello sviluppo e del controllo dei virus informatici presuppone un cambiamento radicale della modellistica con cui viene descritto lo sviluppo di una “epidemia” per applicarla alla topologia complessa e auto-simile della rete Internet. Il risultato di questo studio è che la strategia ottimale per frenare l’epidemia è molto diversa da quella che si avrebbe su una rete regolare. Circa nello stesso periodo si è trovato che il network delle relazioni sociali per lo sviluppo delle vere epidemie è anche di tipo complesso e auto-simile e così i risultati matematici per il controllo dei virus informatici si sono dimostrati direttamente applicabili alle strategie di controllo dell’HIV in vari paesi e al momento rappresentano un importante progresso nel campo della vera epidemiologia.
Alla ricerca di informazioni rilevanti
Un aspetto caratteristico della nostra società, sia per le attività scientifiche che per quelle economiche e sociali, è la necessità di orientarsi nella enorme quantità di dati accessibili per estrarne Informazioni Rilevanti. Questo problema epocale richiede lo sviluppo di una Teoria dell’Informazione con caratteristiche innovative in cui la teoria della Complessità e dei Fenomeni Critici possono giocare un ruolo cruciale. Un esempio di questo tipo di processo è rappresentato dal motore di ricerca “Google”, il cui funzionamento è ispirato dalla fisica statistica e che è il più efficace per definire una gerarchia particolarmente utile della lista dei siti identificati.
STATPHYS 23
La prossima conferenza mondiale della Fisica Statistica e’ stata ufficialmente assegnata all’Italia e si terra’ a Genova nel Luglio 2007. La Fisica Statistica rappresenta l’area scientifica in cui si e’ sviluppata la Scienza della Complessita’ che si e’ poi estesa a molte altre discipline. La conferenza STATPHYS 23 rappresenta quindi un importante riconoscimento per la comunita’ scientifica Italiana che sara’ valorizzata da questo evento e dalle varie conferenze satellite che saranno ad esso associate.
Il progetto di questo Istituto e’ stato stimolato dal Decreto di riordino degli Enti di Ricerca che tocca in particolare CNR, INFM e INOA e stimola fortemente lo sviluppo di iniziative interdisciplinari.
L’Istituto integra personale CNR, INOA, INFM e Universitario ed e’ basato su varie sedi a Roma e Firenze. Il soggetto dei Sistemi Complessi e’ molto attuale e intrinsecamente interdisciplinare. In Italia e’ gia’ rappresentato da vari gruppi di riconosciuto valore internazionale. L’Istituto si propone di integrare le attivita’ di questi gruppi e di altri che hanno manifestato interesse in un sistema con notevole massa critica e capacita’ di azione in campi scientifici strategici ma anche in applicazioni di carattere innovativo.
Al momento le attivita’ principali riguardano i seguenti campi:
Studio dei Sistemi Complessi con particolare riferimento alle loro applicazioni interdisciplinari in Fisica, Chimica, Biologia e Teoria dell'Informazione.
Modelli teorici, applicazione e analisi di sistemi reali.
Sistemi critici, vetrosi, frattali e turbolenti. Reti geniche e neurali. Auto-organizzazione critica.
Controllo ed analisi di dinamiche non lineari. Materiali complessi, disordinati, vetrosi, porosi granulari.
Processi di formazione e caratterizzazione. Catalisi eterogenea. Nuovi materiali superconduttori. Sistemi mesoscopici e aspetti complessi delle nanostrutture. Analisi fine della materia disordinata con metodologie spettroscopiche utilizzanti luce, neutroni e raggi X.
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Autore: Luciano Pietronero
Università di Roma La Sapienza
e Istituto dei sistemi Complessi CNR)
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