Informazione, gravità quantistica, uomo

La realtà non è come ci appare, di Carlo Rovelli, 2014

Capitolo 12 – Informazione 

La nozione scientifica di informazione è stata chiarita da Claude Shannon, matematico e ingegnere americano, nel 1948: l’informazione è una misura del numero di alternative possibili per qualcosa.(208)

Per indicare l’informazione è più conveniente usare il logaritmo di base 2 di N, chiamato S. Dove N è il numero di alternative. Quindi S= logN  (S=1 corrisponde a N=2;  cioè questa unità di misura minima è l’informazione  fra due sole alternative ed è chiamata “bit“)

Correlazione fra i colori delle palline permette di ridurre il numero di alternative (esempio biglie colorate).

È quanto succede sempre nella vita quando comunichiamo; per esempio, se io ti telefono, so che il telefono è qualcosa che fa in modo che i suoni dalla tua parte non siano indipendenti dai suoni della mia parte… che cosa porta una linea telefonica? Porta informazione. Porta capacità di distinguere fra alternative.

La nozione di informazione è utile perché misura la possibilità dei sistemi fisici di comunicare fra loro. (209)

Platone e Aristotele criticano la concezione atomistica di Democrito, perché vi  individuano una mancanza di qualcosa che vada oltre la sostanza di cui sono fatte le cose, ossia la forma. Per Platone le forme esistono di per sé in un mondo assoluto, quello delle idee. Aristotele è più realistico, ma critica la riduzione della forma alla sostanza.

Ma la proposta di Democrito era davvero che tutto si riducesse agli atomi? Democrito dice che, quando gli atomi si combinano, ciò che conta è la loro forma, la loro distribuzione nella struttura nonché il modo in cui si combinano. E fa l’esempio delle lettere dell’alfabeto, che sono solo una ventina, ma, come dice, “si possono combinare in modi diversi dando origine a commedie o tragedie, storie ridicole o poemi epici”…

Ma quale rilevanza può avere il modo in cui si dispongono gli atomi, in un mondo in cui non ci sono che altri atomi? La risposta è sottile: il modo in cui gli atomi si dispongono può essere correlato al modo in cui altri atomi si dispongono.  Quindi un insieme di atomi può avere informazione, nel senso tecnico e preciso, su un altro insieme.

Questo, nel mondo fisico avviene continuamente e ovunque, in ogni momento e in ogni dove. (210)

(La luce porta informazioni sugli oggetti; il colore del mare riporta il colore del cielo; una cellula porta informazioni del virus che l’ha contagiata; un essere vivente porta informazioni dei suoi genitori e della sua specie; il lettore riceve informazioni su quello che pensa chi scrive. “Quello che avviene negli atomi del tuo cervello non è più del tutto indipendente da quello che avviene negli atomi del mio cervello.”)

Il mondo non è, quindi, solo una rete di atomi che si scontrano: è anche una rete di correlazioni fra insiemi di atomi, una rete di reciproca informazione fra sistemi fisici.(211)

Il calore. 

Ludwig Boltzmann, fondatore della meccanica statistica, definisce il calore come il movimento microscopico casuale delle molecole, ossia è maggiore dove è più grande il numero di stati possibili delle molecole. Secondo Rovelli, usando la nozione di informazione di Shannon, si può tradurre il numero  di stati delle molecole nel numero di alternative possibili, ossia informazioni. Boltzmann non usa il termine informazione, ma rileva la coincidenza fra mancanza di alternative possibili (stati possibili delle molecole) ed entropia in termodinamica. “L’entropia è informazione mancante”

L’intera struttura della meccanica quantistica può essere letta e compresa in termini di informazione nel modo seguente. Un sistema fisico si manifesta solo e sempre interagendo con un altro. Quindi, la descrizione di un sistema fisico è sempre data rispetto a un altro sistema fisico, quello con cui il primo interagisce. Qualunque descrizione dello stato di un sistema fisico è dunque sempre una descrizione dell’informazione che un sistema fisico ha di un altro sistema fisico, cioè della correlazione fra sistemi. (213)

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L’intera struttura formale della meccanica quantistica si può in larga misura dedurre da due semplici postulati:

  1. L’informazione rilevante in ogni sistema fisico è finita.
  2. Si può sempre ottenere nuova informazione su un sistema fisico  

… Il primo postulato caratterizza la granularità della meccanica quantistica: il fatto che esista un numero finito di possibilità Il secondo caratterizza la indeterminazione: il fatto che ci sia sempre qualcosa di imprevedibile che ci permette di ottenere nuova informazione.  Quando acquistiamo nuova informazione su un sistema, poiché l’informazione rilevante totale non può crescere indefinitamente (per il primo postulato), ne segue che parte dell’informazione precedente deve diventare irrilevante, cioè non deve più avere alcun effetto sulle previsioni future.(213-214)

John Wheeler, padre della gravità quantistica: “It from bit“.

Quando dell’informazione entra in un buco nero, essa non è più recuperabile per chi sta all’esterno. Ma l’informazione che entra nel buco nero porta sempre con sé dell’energia in virtù della quale il buco nero diventa più grande e la sua aerea aumenta. Vista da fuori, l’informazione perduta nel buco nero appare ora come entropia associata all’area del buco nero. (215)

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Ma i buchi neri piano piano evaporano, diventando via via più piccoli, probabilmente fini a sparire… Dove va a finire l’informazione che era caduta nel buco nero?…

Bekenstein, il fisico che per primo ha intuito che un buco nero dovesse avere proprietà termiche, ha ipotizzato che esista un principio generale per il quale dentro una regione qualunque circondata da una superficie di area A non sia mai possibile rilevare un sistema che abbia un’informazione mancante superiore a quella di un buco nero della stessa area. (215) … Tale principio è chiamato principio olografico e dice che tutta l’informazione che possiamo far uscire da una regione è limitata dall’area del suo bordo e, quindi, è come se la si potesse mettere tutta sul bordo della regione. (216)

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La fisica parla della relazione fra sistemi e dell’informazione che i sistemi hanno l’uno sull’altro, informazione che si scambia al bordo fra un processo e l’altro. In questa situazione, si hanno sempre correlazioni con sistemi oltre il bordo e, quindi, si è sempre in una situazione “statistica”. (216)

Tempo termico:

come recuperare la nozione di “tempo” della nostra esperienza comune? L’origine del tempo è simile a quella della temperatura.

È l’irreversibilità a caratterizzare ciò che chiamiamo tempo.

Nel preciso momento in cui si produce calore, avviene un fenomeno irreversibile. È sempre il calore a distinguere il passato dal futuro… Invece di cercare di capire perché il tempo produca dissipazione in calore, chiedersi perché la dissipazione del calore produca il tempo.(218)

Grazie al genio di Boltzmann sappiamo che “l’dea di tempo termico è che anche la nozione di tempo venga dal fatto che interagiamo solo con quantità medie di molte variabili.”

Noi siamo sempre correlati con delle medie. E le medie si comportano sempre come medie: disperdono calore e, intrinsecamente, generano tempo.(219)

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Siamo esseri che vivono nel tempo: abitiamo il tempo, ci nutriamo di tempo. Siamo un effetto di questa temporalità, prodotta dai valori medi di variabili microscopiche.

Il tempo non è che un effetto del nostro trascurare i microstati fisici delle cose. Il tempo è l’informazione che non abbiamo. Il tempo è la nostra ignoranza. (220)

Realtà e informazione

Ogni sapere è intrinsecamente una relazione; quindi dipende allo stesso tempo dal suo oggetto e dal suo soggetto. Non esistono stati di un sistema che non siano, esplicitamente o implicitamente, riferibili a un altro sistema fisico. (220)

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Credo che per comprendere la realtà, sia necessario tenere presente che ciò cui ci riferiamo, quando parliamo della realtà, è strettamente legato a questa rete di relazioni, di informazione reciproca, che tesse il mondo. In fondo, è di questa che parliamo sempre. Noi, per esempio, spezziamo la realtà tutto intorno in oggetti. Ma la realtà non è fatta di oggetti. È un flusso continuo e continuamente variabile. In questa variabilità stabiliamo dei confini che ci permettono di parlare della realtà. … [Esempio confini onda e montagna]: sono modi che abbiamo di dividere il mondo per poterne parlare più facilmente. I loro confini sono convenzionali, arbitrari, di comodo. Sono modi di organizzare l’informazione di cui disponiamo, o meglio, forme dell’informazione di cui disponiamo. Ma è lo stesso per ogni oggetto e anche per un sistema vivente…sono tutte definizioni interamente arbitrarie. Sono modi per pensare e per orientarsi nella complessità  (221-222)

. Anche la nozione di “sistema fisico” è una nozione astratta

Un sistema vivente è un sistema particolare che si riforma in continuazione simile a se stesso, interagendo senza sosta con il mondo esterno. Di questi sistemi non continuano a sussistere che quelli più efficaci nel farlo… La finalità del mondo biologico – questa è l’enorme scoperta di Darwin –  è l’espressione o il nome che diamo al risultato della selezione di forme complesse efficaci nel sussistere. Ma il modo più efficace per sussistere in un ambiente è quello di ben gestire le correlazioni con il mondo esterno e cioè l’informazione su di esso, e di saper raccogliere, immagazzinare, trasmettere ed elaborare informazione. [esistono codici del DNA, organi di senso, sistemi immunitari e nervosi, linguaggi, libri, computer, wikipedia…: per massimizzare l’efficacia della gestione dell’informazione, delle correlazioni] (222)

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[Noi siamo strutture che si sono selezionate per gestire al meglio l’informazione]… Il mondo forse non va pensato come un insieme amorfo di atomi, ma come un gioco di specchi basato sulla correlazione fra le strutture formate dalle combinazioni di questi atomi…. Non siamo atomi : siamo ordini in cui si dispongono gli atomi, capaci di specchiare altri atomi e di specchiare se stessi. 

Democrito dà una strana definizione di uomo: L’uomo è ciò che tutti conosciamo

La natura di un uomo non è data dalla sua conformazione fisica interna, ma dalla rete di interazioni personali, familiari e sociali in cui esiste. Sono queste che ci fanno, ci costudiscono. In quanto uomini,  noi siamo ciò che gli altri conoscono di noi, ciò che noi stessi conosciamo di noi e di ciò che gli altri conoscono di noi. Siamo complessi nodi in una ricchissima rete di reciproche informazioni (223)

 

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