Un articolo del Dottor Andrea Rapisarda del Dipartimento di Fisica dell'Università e Sezione INFN di Catania
a cura dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Italiano
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Può sembrare strano che uno scienziato si occupi di caos, una parola che nel linguaggio comune evoca confusione, disordine e quindi il contrario di quello che studia la scienza: le leggi della natura. Ma se ci giriamo intorno, questo nostro mondo retto da leggi fisiche non è poi così ordinato come i libri di scuola fino a qualche anno fa ci insegnavano. Le nuvole, le montagne, le foglie, sono oggetti che non hanno delle forme regolari, e i fenomeni di accrescimento, quelli meteorologici, le regole dell'economia e della biologia, sono così complicati che sembrano del tutto aleatori. In realtà, grazie al contributo di fisici e matematici quali Poincarè, Birkhoff, Kolmogorov, Arnold, Sinai, Ruelle, sin dalla fine dell'ottocento si è iniziato anche lo studio dei fenomeni più complessi.
Non sempre è possibile controllare gli effetti di leggi fisiche, anche semplici, se in esse sono presenti dei termini non lineari. [nota 2] Si può avere allora il fenomeno del caos, ossia un'incertezza nelle previsioni a lungo termine: una minima indeterminazione delle condizioni iniziali impedisce la previsione del risultato finale, poiché, per la non linearità, l'errore iniziale viene amplificato in maniera esponenziale.
Un esempio molto semplice per capire come piccole incertezze iniziali si amplificano è quello di un biliardo con molte palle. A chi non è capitato di chiedersi dove andrà a finire una pallina da biliardo dopo aver urtato altre palle? Sicuramente nel 90% dei casi non siamo stati in grado di prevedere il risultato finale, soprattutto se il numero di urti è stato superiore a 4-5. Questo perché il moto della pallina, pur essendo regolato da leggi perfettamente deterministiche, è fortemente instabile in seguito al potere defocalizzante delle superfici curve degli ostacoli (Fig. 2). Due palline le cui posizioni iniziali differiscono di pochissimo, dopo solo pochi urti si muovono lungo traiettorie completamente diverse.
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