“Così in terra, come in cielo”
l’antica frase degli alchimisti non risulta oggi tanto strana. Non è un caso
che recentemente si sia scoperto che gli uccelli nei loro stormi si comportano
come gli atomi.
Un nuovo studio su JSTAT mostra che le somiglianze potrebbero
essere di più di quanto crediamo
Un gruppo di persone o uno stormo di uccelli
hanno caratteristiche diverse rispetto agli atomi in un materiale, ma quando si
tratta di movimento collettivo, le differenze contano meno di quanto si possa
pensare. Possiamo provare a prevedere il comportamento di esseri umani, uccelli
o cellule basandoci sugli stessi principi che usiamo per le particelle. Questo
è il risultato di un nuovo studio condotto da un team internazionale che include
la collaborazione del MIT di Boston e del CNRS in Francia pubblicato sul
Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (JSTAT).
Lo studio, basato sulla fisica dei materiali, ha
simulato le condizioni che causano un passaggio improvviso da uno stato
disordinato a uno coordinato in "agenti autopropulsi" (come quelli
biologici).
"In un certo senso, gli uccelli sono atomi
volanti", spiega uno degli autori della ricerca, Julien Tailleur di MIT
Biophysics,. "Può sembrare strano, ma una delle nostre principali scoperte
è stata capire che il modo in cui si muove una folla a piedi o uno stormo di
uccelli in volo condivide molte somiglianze con i sistemi fisici delle
particelle". Come spiega Tailleur, nel campo degli studi sul movimento
collettivo si è sempre pensato che esistesse una differenza qualitativa tra
particelle (atomi e molecole) ed elementi biologici (cellule, ma anche interi
organismi in gruppo). Si credeva soprattutto che il passaggio da un tipo di
movimento a un altro (per esempio, dal caos a un flusso ordinato, noto come
transizione di fase) fosse completamente diverso.
In questo caso la differenza cruciale per i
fisici ha a che fare con il concetto di distanza. Le particelle che si muovono
in uno spazio con molte altre particelle si influenzano principalmente in base
alla loro distanza reciproca. Per gli elementi biologici, tuttavia, la distanza
assoluta è meno importante. "Prendiamo un piccione che vola in uno stormo:
ciò che conta per lui non sono tanto tutti i piccioni più vicini, quanto quelli
che può vedere". Inoltre, secondo la letteratura, tra quelli che può
vedere, può tenere traccia solo di un numero finito, a causa dei suoi limiti
cognitivi. Il piccione, nel gergo dei fisici, si trova in una "relazione
topologica" con altri piccioni: due uccelli potrebbero essere a una
distanza fisica piuttosto grande, ma se sono nello stesso spazio visibile, sono
in contatto reciproco e si influenzano a vicenda.
Si è a lungo creduto che per quel che riguarda
l'emergere del movimento collettivo questo tipo di differenza portasse a uno
scenario completamente diverso. "Il nostro studio, tuttavia, suggerisce
che questa non è una differenza cruciale", continua Tailleur.
"Ovviamente, se volessimo analizzare il comportamento di un vero uccello,
ci sono molte altre complessità che non sono incluse nel nostro modello. Il
nostro campo di ricerca segue un consiglio attribuito a Einstein, ovvero che se
vuoi capire un fenomeno, devi renderlo 'il più semplice possibile, ma non
massimamente semplice'. Non il più semplice in assoluto, ma quello che rimuove
tutta la complessità che non è rilevante per il problema. Nel caso specifico
del nostro studio, ciò significa che la differenza che esiste realmente - tra
distanza fisica e relazione topologica - non altera la natura della transizione
al movimento collettivo".
Il modello utilizzato da Tailleur e colleghi è
ispirato al comportamento dei materiali ferromagnetici. Questi materiali hanno,
come suggerisce il nome, proprietà magnetiche. Ad alte temperature o bassa
densità, gli spin (semplificando: la direzione del momento magnetico associato
agli elettroni) sono orientati in modo casuale a causa delle grandi
fluttuazioni termiche e sono quindi disordinati. Tuttavia, a basse temperature
e alta densità, le interazioni tra gli spin dominano le fluttuazioni e emerge
un orientamento globale degli spin (si possono immaginare come tante piccole
bussole allineate).
"Il mio collega Hugues Chaté
vent'anni fa si è reso conto che, se gli spin si muovessero nella direzione in
cui puntano, si ordinerebbero attraverso una transizione di fase discontinua,
con la comparsa improvvisa di grandi gruppi di spin che si muovono insieme,
molto simili a stormi di uccelli nel cielo", dice Tailleur. Tutto questo è
molto diverso da quanto accade in un ferromagnete passivo, dove l'emergere
dell'ordine avviene gradualmente. Fino a poco tempo fa, i fisici credevano che
i modelli ispirati alla biologia in cui le particelle si allineano con i loro
"vicini topologici" avrebbero sperimentato anch'essi una transizione
continua. Nel modello utilizzato nello studio, Tailleur e colleghi hanno
dimostrato che, invece, si osserva una transizione discontinua, anche se si
utilizza la relazione topologica invece della distanza, e che questo scenario
dovrebbe applicarsi a tutti i modelli simili. "Entro certi limiti, i
dettagli su come ci si allinea sono irrilevanti", spiega Tailleur, "e
il nostro lavoro dimostra che questo tipo di transizione dovrebbe essere
generico".
Un'altra scoperta è che nel modello utilizzato
si formano flussi stratificati all'interno del gruppo più grande, il che è
simile a quello che osserviamo anche nella realtà: è raro che una massa di
persone si muova tutta insieme in una direzione; piuttosto, vediamo al suo
interno il movimento di gruppi finiti, flussi distinguibili che seguono
traiettorie leggermente diverse. Questi modelli statistici, basati sulla fisica
delle particelle, possono quindi aiutarci a comprendere anche il movimento
collettivo biologico, conclude Tailleur. "La strada per comprendere il
movimento collettivo come lo vediamo in biologia - e utilizzarlo per progettare
nuovi materiali - è ancora lunga, ma stiamo facendo progressi!"
La frase "così in terra come
in cielo" è associata alla tradizione alchemica, in particolare un famoso
principio noto come "Il principio dell'analogia". Questo principio è
riassunto nella massima "Come sopra, sotto; come dentro così fuori." Quindi
c’era l'idea che esistono correlazioni e corrispondenze tra diversi livelli di
realtà, sia che si tratti del mondo materiale (in terra) sia del mondo mentale,
sociale e degli eventi..
Gli antichi alchimisti credevano
che studiando e comprendendo la natura fisica e chimica dei materiali,
potessero anche ottenere conoscenze più profonde riguardo alla spiritualità e alla
trasformazione interiore. I processi alchemici, come la trasmutazione dei
metalli, erano visti non solo come cambiamenti fisici, ma anche come simboli di
un percorso di elevazione spirituale e di realizzazione personale.
Io direi che gli schemi base del
funzionamento delle cose sono uguali nelle scienze fisiche e nelle scienze
mentali, tanto che si può ipotizzare un’operazione mentale cui corrisponde
un’operazione materiale.
L'alchimia, quindi, deve essere
considerata un’antica intuizione che unisce scienza, filosofia, e spiritualità,
cercando di trovare collegamenti e similitudini tra il mondo materiale e quello
immateriale. Questa interconnessione può essere vista anche nella modernità,
dove la fisica, le scienze mentali, le neuroscienze e la cosmologia esplorano
relazioni complesse tra le leggi del mondo subatomico, il mondo mentale e gli
eventi cosmici su scala mondiale e universale.
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