sinergetica

sinergetica Scienza dei sistemi composti da molti sottosistemi in mutua interazione. Studia come la cooperazione di quei sottosistemi generi strutture spaziali, temporali o funzionali su scala macroscopica, dotate di proprietà che non sono presenti al livello dei sottosistemi. La s. considera sistemi lontani dall’equilibrio termico e studia il verificarsi di fenomeni qualitativamente nuovi, che non possono aver luogo in sistemi che siano in equilibrio, o prossimi all’equilibrio: questi nuovi fenomeni comprendono oscillazioni (ritmi) tra stati macroscopici e formazione di strutture (morfogenesi o pattern formation). La s. punta alla scoperta e alla formulazione di leggi generali, prescindendo dalla natura degli elementi che costituiscono i sistemi in esame e focalizzando il ruolo delle interazioni tra di essi: ciò conferisce un carattere di universalità a tali leggi che risultano quindi applicabili nei più diversi contesti (fisica, chimica, biologia, economia, sociologia, linguistica ecc.)

In particolare, ciò che caratterizza i sistemi chimici e fisici fuori dall’equilibrio è una soglia critica, che separa una regione disordinata da una regione in cui emergono strutture coerenti, con un processo di ordinamento che implica una riduzione di entropia. Tali sistemi sono costituiti da un gran numero di oggetti, inizialmente non correlati, che al variare di un parametro (parametro di controllo) assumono un comportamento unitario, per un processo di organizzazione interna detto autoorganizzazione, che fa passare il sistema da uno stato omogeneo, indifferenziato, quiescente, a uno stato non omogeneo ma ben ordinato, oppure a uno fra molteplici stati ordinati possibili. Nello stato ordinato possono aver luogo oscillazioni di vario tipo, con un’unica frequenza o basate su una molteplicità di frequenze (oscillazioni quasi periodiche); il sistema può anche presentare moti casuali (caos). Inoltre possono formarsi diverse configurazioni spaziali, per es., strutture a ‘nido d’ape’, onde o spirali. Si prospetta quindi un nuovo livello di descrizione della realtà, che si può dire mesoscopico, distinto dal livello microscopico, in cui si studiano le proprietà dei singoli componenti (atomi o molecole in fisica, i geni in biologia, le singole parole in linguistica ecc.) e dal livello macroscopico, in cui si classificano le proprietà globali. A livello mesoscopico si mette a fuoco il ruolo delle mutue interazioni, fra i costituenti di un sistema, nel determinare il passaggio dal disordine all’ordine con la nascita di strutture coerenti.

Lo studio di questo livello mesoscopico, oltre che s., è stato definito in altri modi, per es., scienza della complessità, per indicare come le strutture emergenti non siano deducibili dalla semplice conoscenza degli elementi costituenti, oppure scienza delle strutture dissipative, per indicare come questi fenomeni siano spiegati da modelli dinamici irreversibili e sfuggano all’usuale dinamica reversibile dei modelli di tipo newtoniano.

In natura sono note forme di ordine che si realizzano all’equilibrio termico: quando si raffredda un sistema di più particelle interagenti, si raggiunge una temperatura critica per cui le mutue interazioni prevalgono sull’agitazione termica e si instaura un ordine a lungo raggio. Così vanno viste le transizioni di fase da gas a liquido, da paramagnete a ferromagnete ecc. In questi sistemi, le simmetrie della fase ordinata riflettono le simmetrie dell’interazione microscopica; nei sistemi fuori dall’equilibrio, con un flusso di energia da una sorgente a un pozzo, le simmetrie vengono imposte dal contorno e riflettono il tipo di interazione col mondo esterno.