Uno dei primi studiosi a sottolineare l’importanza fondamentale di aggiungere l’informazione alla nostra lista dei minimi descrittori della natura è stato Campbell, nel suo Grammatical Man: Information, Entropy, Language and Life148:
Evidentemente la natura non può più essere vista come materia ed energia soltanto. Né possono essere svelati tutti i suoi segreti con le chiavi della chim- ica e della fisica, nonostante il successo brillante che queste scienze abbiano avuto nel nostro secolo. Un terzo componente è necessario per qualsiasi spie- gazione del mondo che pretenda di essere completa. Alle teorie ad alto poter esplicativo della fisica deve essere aggiunto un elemento recente: la teoria dell’informazione. La natura deve essere interpretata come materia, energia ed informazione.149
146[Ila01], pp. 610 - 611. Traduzione mia. 147[Sto90].
148[Cam82]. 149[Cam82], p. 16.
Abbiamo già visto nella sezione 4.2, come ‘informazione’ sia una delle parole più usate ma allo stesso tempo, tanto elusiva quanto applicabile a pratica- mente qualsiasi cosa; ciò la rende davvero un concetto difficile da definire univocamente. Riprendendo la definizione di Shannon,150 vorrei sottolineare
come questa concezione dell’informazione sia puramente sintattica, ed in- oltre, essendo priva di qualunque riferimento semantico, possiamo concludere che l’informazione è qualcosa che rimane distinto da qualsiasi sistema venga usato per processarla. Ad esempio, le parole in queste pagine contengono informazioni, a prescindere dal fatto che un lettore le stia processando in un particolare momento; il contenuto informativo non sarà quindi né dipen- dente, né consisterà, del significato attribuito dal lettore, ma verrà definito solo in termini di ciò che l’autore ha voluto comunicare nella lingua italiana. Cercando di connettere queste considerazioni con il mondo della com- putazione, è ormai noto a tutti come l’informazione rappresenti quella quan- tità di base dei computer che forma il linguaggio da essi compreso e costituisce l’unica sostanza che possa essere da loro processata. La fisica dell’informazione si riferisce così a quel campo di indagine che cerca di trovare una fisica basata su un concetto primitivo di informazione. Tali tentativi sono basati su due premesse di base: i) che l’informazione esiste indipendentemente da qualsiasi semantica che potrebbe essere usata per dargli significato, e ii) tutto ciò che è osservabile in natura non sono altro che strutture di dati che l’universo ‘usa’ per codificarci informazione. Un elettrone, ad esempio, sarebbe interpretato, secondo questa visione, come una struttura di dati codificante le otto (finora conosciute) proprietà di ciò che chiamiamo elettrone: massa, carica, spin,
etc... L’obiettivo della fisica dell’informazione sarebbe quello di trovare un linguaggio appropriato, o delle dinamiche, che possano spiegare di cosa è costituita questa informazione primordiale.
Una delle speculazioni teoriche più rilevanti per la nostra esposizione è quella proposta da Stonier, il quale porta l’idea di una fisica dell’informazione ai suoi estremi.151 Mentre ‘informazione’ viene tipicamente usata come uno
strumento concettuale per riorganizzare la fisica convenzionale, Stonier pos- tula invece che l’informazione sia una proprietà di base dell’universo, e che la materia e l’energia comprendono solo la superficie. Risulta importante sot- tolineare come l’informazione e l’energia non debbano essere visti come due opposti in un sistema bipolare, ma devono essere considerati come due vertici di un triangolo, in cui la materia rappresenta il terzo vertice mancante.152
Figure 15: La triade fondamentale di Stonier: informazione, energia e materia.[Sto90].
Mentre l’informazione è sempre una componente implicita di pratica- mente ogni equazione delle leggi della fisica, essa stessa non ha mai con-
151[Sto90]. 152Vedi fig. 15.
siderato l’informazione come una quantità fisica di base. Il primo assioma di Stonier è che il contenuto informativo e l’organizzazione di un sistema sono intimamente correlate, considerando l’informazione come una funzione di quei collegamenti, i quali assemblano unità semplici in composti più com- plessi. Da questo assioma, Stonier ricava tre corollari:
i) tutte le strutture organizzate contengono informazione, e al contempo, non possono esistere strutture organizzate che non contengono infor- mazione.
ii) qualsiasi informazione venga aggiunta ad un sistema causa al sistema di diventare più organizzato o riorganizzato.
iii) ogni sistema organizzato ha la capacità di rilasciare o trasmettere in- formazione.153
Si intuisce subito come l’informazione risulta essere quel quid che organizza lo spazio-tempo: ciò che la massa è per la manifestazione della materia, come il calore è per l’energia, l’organizzazione è per l’informazione. Allo stesso modo di come l’energia viene solitamente definita, ovvero la capacità di compiere lavoro, l’informazione è definita come la capacità di organizzare un sistema, o di mantenere quell’organizzazione. Similarmente, come il calore è un prodotto dell’interazione tra materia ed energia, la struttura rappresenta il prodotto dell’interazione tra materia e informazione.
Prima di proseguire con la nostra argomentazione, vale la pena sottolin- eare come gran parte della fisica teorica moderna si basa su due assunzioni fondamentali che devono essere esplicitate:
i) le leggi della natura possono essere comprese e possono essere con- cettualizzate in qualche forma, tipicamente matematica.
ii) esistono processi in natura che possono essere scorciati o ridotti, o tali che il loro stadio finale può essere determinato direttamente, senza dover rintracciare ogni stadio della sua evoluzione.
Ogni volta che ci troviamo a risolvere un problema di fisica, come ad esempio il classico problema della traiettoria di una palla di cannone, ci si affida alla nostra capacità di sapere effettivamente dove il proiettile atterrà, prima che esso stesso ci arrivi. Tuttavia, queste previsioni o scorciatoie sono possibili solo nel caso in cui il calcolo effettuati sia più complesso del processo o algoritmo portato avanti dalla natura stessa. Inoltre, visto che qualsiasi tipo di operazione devono essere effettuate da un computer, e il computer è esso stesso un sistema fisico, qualsiasi sistema fisico, che possa comportarsi come un computer, sarà sottoposto alle stesse limitazioni, sulla prevedibilità del suo stesso comportamento, di un qualsiasi altro computer. Come abbiamo già potuto notare in precedenza, una tale irriducibilità computazionale è abbastanza frequente in matematica e in teoria della computazione, Wolfram ha suggerito invece che sia anche una caratteristica comune di molti sistemi fisici. In questo modo, la riducibilità computazionale diverrebbe l’eccezione piuttosto che la regola.
A questo punto è utile sottolineare il contrasto che si crea tra l’irriducibilità computazionale e il caos deterministico. I sistemi caotici sono imprevedibili per via della loro sensibilità alle condizioni iniziali, una qualsiasi sbagliata approssimazione di esse conduce risultati che divergono esponenzialmente nel
tempo. Il punto fondamentale è che non esiste niente che ci impedisca, al- meno in principio, di ottenere una conoscenza completa del comportamento a lungo termine di un sistema. Questo non può succedere nel caso di sistemi computazionalmente irriducibili: la dinamica di essi è tale per cui il loro com- portamento a lunga termine è effettivamente indecidibile. Conseguentemente, anche con una conoscenza perfetta di tutte le condizioni iniziali, gli aspetti essenziali del suo comportamento a lungo termine rimangono imprevedibili.
Un esempio che abbiamo già incontrato di irriducibilità computazionale è rappresentato dal teorema dell’arresto di Turing. Esso dimostra come non esistano sempre delle scorciatoie che ci permettano di predire il risultato di un programma arbitrario. Premesso però che questo risultato si applica, in generale, ad una qualsiasi macchina di Turing universale, deve anche essere valido per qualsiasi sistema fisico che sia equivalente ad una macchina univer- sale. In definitiva, questo significa che se un sistema fisico si può comportare come un computer universale, non esiste nessun modo semplice per predire cosa farà il sistema, a meno di, letteralmente, accomodarsi ed aspettare che esso evolva. Nella prossima sezione andremo ad affrontare una questione che non può essere tralasciata, ovvero quanto il nostro universo abbia a che fare con le caratteristiche principali che caratterizzano i CA. Per fare questo, presenterò un esperimento mentale che mette in dubbio le fondamenta della fisica stessa. Tale esperimento aprirà la strada all’ontologia dei processi puri proposta da Sellars, il quale ci permetterà di chiudere il cerchio e chiarire le analogie e similarità tra il mondo, visto alla luce delle teorie dei sistemi complessi, e la proposta sellarsiana di un’ontologia dei processi.