Principio Olografico e Psicologia: fine del viaggio

Con questo chilometrico e confuso post, chiuderei il tema del Principio Olografico e in particolare la mia incursione nel campo della Psicologia. Siate clementi, o astenetevi prudentemente dalla lettura…

Parlando di modelli “emergenti” in Fisica, abbiamo visto che è possibile dimostrare che da una struttura fondamentale “a rete” sufficientemente articolata è possibile far emergere una descrizione basata su uno “spazio” convenzionale (ossia che non è lo spazio nel quale si collocano i “nodi” della rete) nel quale si può ridefinire una dinamica che, anche se determinata dal livello fondamentale, può riprodurre enti e relazioni astratti e non immediatamente riconducibili al livello “inferiore”. Questo metodo, sempre in Fisica, è alla base degli approcci alla Gravità Quantistica fondati sulle Spin Network, che come abbiamo detto sono ancora lontani da un risultato definitivo ma mi sembrano promettenti.
Passando su un diverso terreno, e volendo ispirarsi a questo approccio per avvalorare l’idea che sia possibile “collegare” la struttura neurologica del cervello umano alle nostre ordinarie descrizioni delle funzioni mentali, e ai modelli della psicologia umana, è importante notare che l’idea che questi modelli siano “emergenti” è complementare all’idea “riduzionista che punta a ricostruire i livelli “superiori” di descrizione in modo diretto a partire da quelli “inferiori”, senza introdurre un “salto” di paradigma descrittivo. Proverò a essere più chiaro nel seguito.
Il livello fondamentale di descrizione della nostra mente è sicuramente quello neurofisiologico. E’ ovviamente una semplificazione indebita considerare l’encefalo come l’unica sede dei processi che definiamo “mentali”, ma per comodità ragionerò come se così fosse, anche perché credo che questa scelta non comporti perdite di generalità. A questo livello, ovviamente, troviamo la nostra descrizione “a rete”, che è poi una rete di neuroni; gli stati e i processi che si realizzano su questa rete sono caratterizzati da grandezze (potenziali, attivazioni, correnti, ecc.) che nulla hanno, prima facie, a che vedere con i fenomeni mentali. Non appare quindi del tutto improprio, anche epistemologicamente, il parallelo con le “reti” dei costituenti fondamentali della materia e delle loro correlazioni.
A partire da questo livello fondamentale di descrizione, è possibile procedere in almeno tre direzioni distinte:
1) evitare di introdurre qualunque altro livello superiore, e trattare la “rete neurale” come l’unica possibile descrizione esplicita della mente. Inutile dire che questo approccio richiama (o almeno a me ricorda) il programma della AI forte basato sulla riproduzione delle reti neurali biologiche tramite modelli programmati al computer, che dovrebbero, se sottoposti a un adeguato “addestramento”, poter replicare alcune (o, in estrema analisi, tutte) le capacità cognitive umane. Le funzioni mentali, quindi, in questo approccio sarebbero, sì, “emergenti”, ma non esisterebbe una correlazione riconoscibile tra i due livelli, esattamente come non esiste una correlazione riconoscibile tra i parametri che regolano le reti neurali informatiche e, ad esempio, una valutazione di rischio finanziario (che è uno dei campi in cui tali modelli vengono applicati).
2) tentare di utilizzare il livello fondamentale, combinandone gli elementi in strutture di complessità e di organizzazione gerarchicamente crescenti, per costruire livelli di descrizione superiori, ma senza introdurre discontinuità di paradigma. A tali strutture e ai processi che su di esse si appoggiano si faranno corrispondere fenomeni neurologici prima, e “mentali” poi, di livello sempre più “elevato”, che sarebbero quindi a questo punto completamente “spiegati”. Questo programma sarebbe ovviamente un programma riduzionista.
3) introdurre esplicitamente, immediatamente dopo il livello “fondamentale” o dopo aver seguito per un certo tratto il percorso “riduzionista”, una discontinuità di tipo di descrizione, possibilmente giustificando tale “salto” non solo in base alla sua conformità al nostro modo naturale di percepire i fenomeni mentali, ma eventualmente mostrando come sia possibile spiegare come i fenomeni “mentali” emergano da quelli “neurologici”.
L’approccio 3) sarebbe appunto quello che ipotizzavo nei post precedenti.
Volendo approfondire il ragionamento, viene naturale chiedersi a quale livello sia corretto collocare il “passaggio di paradigma” (ammesso che ve ne sia uno e uno solo). Proviamo a considerare, a scopo puramente esplorativo, due possibilità:
      basso livello: la discontinuità ha luogo già al livello dei processi cognitivi base, come quelli della percezione ed elaborazione di input sensoriali articolati, come immagini visive complesse. A partire dai costrutti psicologici-mentali richiesti per descrivere correttamente questo livello, dovrebbe essere possibile costruire una più elaborata teoria psicologica, da applicarsi anche a problemi complessi;
      alto livello: la discontinuità si ha quando, a partire da processi e fenomeni cognitivi semplici, si indaga l’organizzazione della coscienza, e della psicologia complessiva di un soggetto.
A questo punto, devo necessariamente invocare il privilegio del mio status di Incompetente. Infatti, procedere questa discussione senza conoscere approfonditamente né le neuroscienze né le diverse scuole psicologiche appare temerario anche a un dilettante come me; invito quindi chiunque stia leggendo a considerare i prossimi paragrafi come puri esercizi elucubrativi.
Un esempio di teoria che colloca la discontinuità a “basso livello” mi sembra la psicologia della Gestalt. Mi pare infatti di capire che alla base della teoria della Gestalt ci sia, tra l’altro, la convinzione che, pur esistendo una corrispondenza (o addirittura un isomorfismo) tra gli stati neurologici e quelli psicologici, non si possano comprendere i processi cognitivi (ad esempio la percezione di immagini) senza tener conto della loro organizzazione sistemica, non riducibile alla semplice elaborazione di input elementari. A partire da considerazioni di questo tipo sui processi percettivi, la Gestalt (mi sembra di capire) estende il suo approccio allo studio del pensiero e del comportamento umano, e ad essa si rifà una scuola psicoterapeutica che non sono però riuscito a comprendere quanto sia una diretta derivazione dei principi teorici della Gestalt.
Peraltro, i livelli di descrizione relativi ai processi percettivi e cognitivi “base” sono i bersagli naturali del riduzionismo, che tenta ovviamente di descrivere processi di complessità via via crescenti. La disponibilità di tecniche di indagine per immagini dell’attività cerebrale sempre più sofisticate, assieme alla crescente capacità elaborativa dei computer, sta fornendo importanti strumenti a chi si dedica ad approfondire gli studi sui processi mentali restando all’interno del livello di descrizione neurofisiologico. Sempre agli occhi di un Incompetente, sembrano molto interessanti risultati, sebbene parziali, di studi che mirano a correlare le immagini visive pensate o ricordate con specifici pattern di attivazione neurologica. Un recente articolo sembra indicare che l’idea di “leggere la mente” di qualcuno rilevandone l’attività cerebrale e poi elaborandola grazie a un computer possa non essere pura fantascienza, come al momento può apparire una scena del telefilm Dr. House… La cosa forse più interessante nell’articolo che citavo è che si afferma che i pattern neurologici correlati alle immagini sono molto simili tra persone diverse, il che lascia spazio all’ipotesi, sia pure molto speculativa, che sia possibile in futuro associare in generale specifici pattern neuronali a specifici costrutti mentali (immagini, concetti, ecc.). Questa ipotesi rappresenterebbe un bel sostegno alle tesi riduzioniste, o no?
Infine, spenderei qualche parola sull’idea di una discontinuità di paradigma ad alto livello. Una sua possibile “lettura”, che trovo personalmente convincente, è che mentre i processi cognitivi “base” potrebbero cadere preda del riduzionismo, risulti impossibile descrivere con uguale efficacia i processi mentali “superiori” senza utilizzare gli strumenti propri della psicologia. Ovviamente, per affermare questo dovrei chiarire cosa intendo per processi “superiori”, e quali strumenti della psicologia siano efficaci per descriverli. Proverò a ricorrere ancora una volta a un’analogia con le scienze fisiche.
In un certo senso, penso ai processi cognitivi come a equivalenti dei processi di Chimica Inorganica. Si tratta di processi sufficientemente “macroscopici” (rispetto alle interazioni ad esempio tra elettroni o protoni) da poter essere osservati direttamente, e un tempo erano descritti in termini “umani”: “si prende un pezzetto di ferro e lo si immerge in una soluzione di solfato di rame…”. La descrizione “fenomenologica” della Chimica è stata poi di fatto affiancata e sostituita da quella “microscopica”, basata sulla conoscenza della struttura della materia e delle forze elettromagnetiche che determinano la cinetica chimica. E’ certamente ancora possibile usare la descrizione fenomenologica della Chimica, ma essa non aggiunge nessuna informazione rispetto alla descrizione microscopica, che anzi collega le “leggi” empiriche della chimica pionieristica alle leggi fondamentali della Fisica. Mi sembra onestamente possibile, se non probabile, che lo studio delle neuroscienze porti allo stesso risultato per quanto riguarda i processi cognitivi come percezione, memoria, emozioni, ecc.
Tuttavia, noi non siamo solo un coacervo di processi di questo tipo; esiste una parte della psicologia che si occupa di ciò che costituisce la personalità complessiva di un individuo. Prima che vi indigniate ulteriormente, vi do ragione: la mia ignoranza in questo settore si estende fino a includere la terminologia di base. Sono estremamente disorientato da termini come Io, Coscienza, Sé, Psiche, Inconscio, e altri ancora più vaghi, come Anima o Spirito, e non saprei neanche con certezza quali scuole psicologiche usino l’uno o l’altro termine, e in che accezione. Quindi, li userò a casaccio e mi guadagnerò un altro po’ del vostro disprezzo.
Come dicevo, la Psicologia non studia solo processi mentali “delimitati”, o certe capacità cognitive, ma anche i fenomeni che coinvolgono quanto di una persona è individuale e persistente, ossia il suo Io. E’ evidente che le caratteristiche psicologiche che intervengono a questo livello di descrizione sono particolarmente importanti, in quanto sono quelle che più distinguono una persona dall’altra, e i processi e le forze che agiscono a questo livello sono di grande rilievo. Questo è quello che intendo per alto livello relativamente ai fenomeni mentali.
A questo punto, ha senso chiedersi, come ho fatto per i processi cognitivi di basso livello: è prevedibile che i progressi nelle neuroscienze finiscano per rendere irrilevante e ridondante la descrizione che la (o meglio, le diverse scuole della) Psicologia dà dell’Io? Potremo dire che questo tipo di descrizione, ammesso che sia valida, non aggiunge informazione a quello che possiamo ricavare dalle neuroscienze?
Io al momento mi sentirei di rispondere di no. A mio parere, questo livello di descrizione giustifica un effettivo “salto di paradigma”, o se vogliamo l’emergere di un modello descrittivo “macroscopico” che, pur non introducendo nuovi “oggetti ontologici” fondamentali, proponga un’organizzazione e una struttura che sarebbero praticamente inaccessibili altrimenti. Proprio come la termodinamica rappresenta una descrizione alternativa non banale per fenomeni fisici che coinvolgano quantità sterminate di elementi base, così la descrizione della Psiche fatta dalla Psicologia, seppure in linea teorica spiegabile in termini “microscopici”, in pratica offre strumenti di comprensione che resterebbero inaccessibili a una descrizione riduzionista. Non a caso, è proprio da uno di questi concetti termodinamici, l’entropia, che siamo partiti per un lungo viaggio nel Principio Olografico, un concetto che per definizione è comprensibile solo all’interno di una descrizione “macroscopica” e le cui numerose e illuminanti applicazioni sono stimolanti se non addirittura entusiasmanti. Chiuderei questo excursus proprio abbozzando un parallelo, del tutto privo di fondamenti certi ma forse suggestivo, del Principio Olografico con un particolare modello della Psiche.
Abbiamo visto in precedenti post che, espressa in forma generale, l’idea di introdurre un “livello emergente” di descrizione può essere equiparata alla costruzione di uno spazio “convenzionale”, non fisico, e che se questa operazione segue le modalità esposte per la Loop Quantum Gravity nello spazio che “emerge” risulta automaticamente valido il Principio Olografico. Se coniughiamo questa premessa con i modelli della psicoanalisi, e adattiamo conseguentemente la terminologia della figura adottata nel post per illustrare il Principio Olografico, potremmo trovare qualcosa del genere:
Qui ho interpretato l’”orizzonte” olografico come quello che separa il Conscio dall’Inconscio, che (secondo quanto mi pare di capire delle teorie analitiche di Freud e più ancora di Jung) sarebbe inaccessibile alla conoscenza diretta, ma proporrebbe una parte dei suoi contenuti “codificati” in forma simbolica all’interno di prodotti e materiali non controllati dal pensiero conscio, come i sogni o le immaginazioni.
Particolarmente suggestiva, nel caso di Jung, potrebbe essere la visione dell’Inconscio come ricco di energia psichica e di contenuti e costrutti profondi, tali da costituire una parte importante della Psiche, proprio come dietro l’orizzonte olografico fisico può celarsi una grande quantità di energia (o di massa, che è lo stesso). Ma eviterei di spingere l’analogia fino al punto di disgustare definitivamente tanto i fisici che gli psicologi…

Dal Principio Olografico alla Psicoanalisi?

Proseguendo dal post precedente, siamo giunti alla conclusione che mentre nel caso della Fisica il processo di "costruzione emergente" è guidato dalla necessità di "convergere" verso i modelli già consolidati delle teorie fisiche esistenti, che sono estremamente accurate ai loro rispettivi livelli di descrizione, per la Psicologia non sono disponibili (a mio parere, ovviamente) dei riferimenti altrettanto univoci e rigorosi.

Proviamo quindi, a titolo esplorativo, a proseguire con l'analogia con il caso della Fisica e a vedere se ne deriva qualche possibile suggerimento.
Partiamo dall'operazione di definizione dello spazio fisico come entità "emergente": da questa operazione deriva lo spazio fisico che:

  1. costituisce lo sfondo, o se vogliamo il "contenitore" di tutti i processi fisici osservabili;
  2. è uno spazio "dinamico", nel senso che esso stesso è influenzato dalla dinamica dei fenomeni fisici (anche in quanto è definito a partire da entità fondamentali dinamiche); non è semplicemente una cornice inerte;
  3. ha proprietà specifiche, come l' "olografia".

Le proprietà 2 e 3 dello spazio fisico hanno poca importanza per il livello che descrive la dinamica di base: nei fenomeni "microscopici" le caratteristiche dello spazio "al contorno" hanno in genere poca rilevanza rispetto alle interazioni dirette tra gli oggetti osservati.
Viceversa, esse sono importantissime al livello di Grande Scala, tanto che di fatto la teoria della Relatività Generale, che descrive i fenomeni su scala cosmologica, ha una natura essenzialmente geometrica. E, peraltro, abbiamo già visto quale importanza possa avere il Principio Olografico per i problemi cosmologici aperti.

Potrebbe quindi essere ragionevole cercare di utilizzare l'analogia con il processo di "costruzione" dello spazio fisico per ottenere qualche indicazione su come potrebbe essere una teoria psicologica di Grande Scala. Riprendiamo le caratteristiche che abbiamo osservato per lo spazio fisico, e proviamo ad attribuirle a uno "spazio psicologico". Quest'ultimo dovrebbe:

  1. costituire il naturale "contenitore" dei processi mentali osservabili;
  2. essere dinamico, attivo: dovrebbe essere in grado di interagire con i processi mentali e non essere un semplice sfondo inerte e immutabile;
  3. avere forse proprietà "strutturali" rilevanti ai fini della dinamica dei processi psicologici, e sarebbe interessante cercare per esso un analogo del Principio Olografico.

A quest'ultimo proposito, può essere interessante tener presente che abbiamo parlato di processi osservabili, proprio perché lo "spazio psicologico" che vogliamo costruire, proprio come quello fisico, non esiste per necessità, ma solo per riflettere una nostra modalità cognitiva di "osservare" i fenomeni psicologici. Di conseguenza, lo "spazio" di cui parliamo è direttamente collegato al modo in cui noi percepiamo i processi mentali nostri e altrui: in altre parole, alla nostra mente conscia.

Quindi, viene abbastanza naturale provare a "tradurre" il Principio Olografico in termini psicologici: se infatti schematizziamo il Principio Olografico in termini generali, come nella figura seguente,
olografia in genere
ci si può chiedere: esiste un modello psicologico nel quale si riproduce una struttura analoga a questa, all'interno di uno "Spazio Psicologico" che permetta l'osservazione introspettiva e abbia le proprietà di cui abbiamo parlato in precedenza?

Sarebbe suggestivo darsi una risposta positiva, facendo riferimento al modello della psicoanalisi (o della psicologia analitica, se utilizziamo la versione junghiana, che come vedremo nel prossimo post è forse più adeguata ai nostri scopi), dovuto a Freud e Jung.

Modelli emergenti in Fisica (e in Psicologia?)

Come dicevo nel post precedente, vorrei ispirarmi alle teorie fisiche che considerano il livello di descrizione del mondo a noi familiare, basato sui concetti di spazio e tempo e sulle leggi fisiche che governano gli eventi all’interno di questo sistema di riferimento, non fondamentale, ma emergente da una descrizione della realtà “background-independent”, come quella che la teoria della Loop Quantum Gravity cerca di sviluppare a partire da un modello “fondamentale” basato su Reti di particelle e relazioni tra di esse (Spin Networks). Il mio scopo sarebbe suggerire un’analogia con la Psicologia, ipotizzando che anche per quest’ultima sia possibile avere diversi livelli di descrizione, a partire da quello “fondamentale” basato su Reti di neuroni.

Per sviluppare questa analogia, penso sia utile innanzitutto uno sguardo a come dovrebbero collocarsi, secondo la mia comprensione, le varie teorie fisiche nello scenario auspicato dall’approccio cui faccio riferimento.

Come abbiamo detto più volte, il livello base di descrizione è dato appunto dalle Spin Network. A partire da questo livello, si “costruisce” lo spazio fisico, come entità emergente, e questo comporta alcune particolari caratteristiche per lo spazio; in particolare, abbiamo già visto che è quantizzato e che è, diciamo così, “olografico”.
All’interno di questo “spazio emergente” con le sue proprietà, dovremmo attenderci di ritrovare le “normali” teorie fisiche che abbiamo sviluppato all’interno dei modelli “background-dependent”. Nella figura ho voluto evidenziare due ulteriori livelli di descrizione:

  • Uno legato alla dinamica di base, che include le leggi che governano gli oggetti microscopici. Le grandezze fisiche che caratterizzano questo livello sono velocità, cariche elettriche, energie dei singoli costituenti della materia.
  • Uno ultra-macroscopico o su grande scala, che studia fenomeni “globali”, o perché intrinsecamente di scala cosmologica, o perché relativi a agglomerati di materia da studiare attraverso parametri statistici. Tipicamente, a questo livello si descrivono i sistemi attraverso relativamente “poche” proprietà termodinamiche (energia media, entropia, temperatura) o appunto cosmologiche.

Il livello di grande scala ha come componenti quelle studiate dal livello di base, e quindi è teoricamente “riducibile” ad esso, ma le grandezze fisiche che descrive hanno senso solo a livello aggregato. E’ importante comunque osservare che entrambi questi livelli hanno come “sfondo” lo spazio-tempo, con le sue proprietà (che abbiamo visto in parte essere determinate dal livello “fondamentale”), e proprio per questo i modelli fisici già conosciuti ci dettano in qualche modo le regole per definire, a partire dal livello fondamentale, lo spazio fisico e tutte le altre grandezze “emergenti”.

A mio parere, è ragionevole mutuare uno schema analogo per la Psicologia; anche in questo caso, infatti, vi sono (almeno) due livelli di descrizione possibili: quello dei singoli processi cognitivi o, con termine più generico, mentali (ad esempio i processi percettivi, o la formazione delle emozioni di base), e quello che considera la personalità dell’individuo nel suo complesso, guardando ai fenomeni “macroscopici”, per così dire, associati ad essa. A questo punto, sarebbe bello poter dire di avere anche per la Psicologia delle teorie consolidate in grado di descrivere in modo completo i due livelli di cui parlo, ma temo che non sia così. Proprio per questo, può essere interessante continuare a ragionare sulle implicazioni del processo di “emersione” a partire dal caso della Fisica, per capire se ne può derivare qualche implicazione sulle caratteristiche che dovrebbero avere le teorie psicologiche.

Principio Olografico e spazi emergenti: applicazione alla Teoria della Mente

Perbacco, che titolo roboante ha questo post. Un lettore avveduto temerà di esserne deluso, e avrà probabilmente ragione, ma non ho saputo trovare una sintesi migliore di quello di cui vorrei parlare.

Nel post precedente, ho nuovamente evidenziato che il Principio Olografico è una proprietà dello spazio (ignoriamo per ora la componente temporale) che necessariamente consegue alla "costruzione" dello spazio stesso a partire da un modello base "a rete", in cui le particelle (con le loro proprietà) e le loro interazioni (ossia gli "eventi") costituiscono archi e nodi della rete stessa:

spin network
Una struttura a rete di questo tipo a voi non fa venire in mente nulla? A me ha fatto venire in mente un altro tipo di rete: quella dei neuroni del nostro cervello. Ok, state pensando che i miei stiano funzionando decisamente male, e che topologicamente parlando tutte le reti si assomigliano. E' vero, però è proprio questo il punto a cui volevo arrivare, e vediamo quali implicazioni potrebbe avere questa osservazione.

Consideriamo quindi la rete dei nostri neuroni, ma sgombriamo prima il campo da un possibile equivoco: proprio come per gli Spin Networks, non sto qui parlando necessariamente di una rete fisica, ma di un modello astratto; diciamo che parlo di un modello connessionista del cervello umano. La Rete che consideriamo potrà coincidere o meno con l'organizzazione fisica dei neuroni di un cervello materiale, oppure ne potrà essere una versione idealizzata e semplificata, un modello funzionale: l'importante è che sia un modello adatto a descrivere le unità fondamentali del cervello e le loro relazioni. Fatta questa premessa diciamo metodologica, per semplicità d'ora in poi parlerò come se la Rete coincidesse con la struttura neuronale effettiva del cervello.
Quindi, se ha senso definire un modello del cervello come Rete di neuroni (con le loro proprietà) e relazioni ("connessioni") tra essi, e questo modello è di fatto topologicamente equivalente a una Spin Network (a patto di reinterpretare la semantica di nodi, archi e proprietà associate a nodi ed archi¹, ma una diversa semantica non altera la topologia), allora tutto quello che abbiamo imparato sulle Spin Network ci dimostra che a partire dalla Rete è concettualmente possibile definire in modo rigoroso delle proprietà emergenti, come lo "spazio" delle Spin Network. E proprio come la definizione dello spazio viene fatta per "ritrovare" uno "sfondo" familiare, all'interno del quale si collocano le grandezze (velocità, forze, correnti elettriche, ecc.) e i fenomeni dinamici (dagli urti tra biglie alle reazioni nucleari) che costituiscono il corpus della Fisica, lo stesso dovrebbe valere per il cervello. Dunque, chiediamoci: qual è il livello di descrizione che vorremmo veder emergere a partire dal modello "fondamentale" del nostro cervello?

La risposta è semplice: vorremmo ritrovare il nostro modello di Mente, lo "spazio" di sfondo nel quale si collocano i fenomeni mentali (credenze, ricordi, processi cognitivi, emozioni) e la loro dinamica. E' infatti nei termini di questo "modello macroscopico" che siamo in grado di comprendere e descrivere noi stessi e le persone che ci circondano: è questo il dominio della Psicologia.
Ebbene, l'analogia che abbiamo condotto ci consente almeno di concludere che il modello psicologico della Mente non solo non è in conflitto con quello "connessionista", o se vogliamo neuronale, ma che dalla validità di quest'ultimo si dimostra che consegue la possibilità di definire un modello macroscopico emergente, sufficientemente ricco e complesso da poter ospitare un concetto di "sfondo" e una varietà di enti, forze e dinamiche almeno pari a quella che utilizziamo per descrivere il mondo fisico. Mi sembra un risultato interessante.

Ma non dimentichiamo di essere arrivati qui dopo un lungo excursus consacrato al Principio Olografico: dal momento che il Principio Olografico è una caratteristica necessaria dello "spazio" costruito a partire dal modello a Spin Network, è suggestivamente plausibile che sia una proprietà presente anche in un non altrettanto ben precisato modello "emergente" della Mente. Come potremmo interpretarlo in questo caso? Sarà l'argomento del prossimo post.


¹ E' ragionevole pensare che volendo definire una corrispondenza tra Spin Networks e Reti Neurali si dovrebbero far corrispondere "archi" delle une ai "nodi" delle altre. Confesso che non ho approfondito.

Quale teoria psicologica dovrebbe “emergere”?

Nel post precedente, ho proposto un'idea probabilmente un po' bislacca: ho preso spunto da una teoria fisica, la Loop Quantum Gravity basata sulle Spin Network (teoria che peraltro al momento è ancora un "cantiere aperto", e che non è chiaro se raggiungerà i suoi obiettivi. Con un bel po' di ottimismo, sto facendo riferimento all'approccio delle Spin Network "come se" l'erculeo programma di ricerca che i Fisici teorici si propongono fosse già stato completato) per costruire un'analogia verso la Teoria della Mente e la Psicologia.

Ricapitolando brevemente, le Spin Network rappresentano un modello della realtà fisica che non considera lo spazio un'entità "fondamentale", mentre lo sono le particelle e le loro correlazioni. Lo spazio fisico viene "costruito" come proprietà "emergente" delle Reti, e l'obiettivo del programma di ricerca che citavo è quello di riuscire a "ricostruire" la Fisica a noi nota all'interno di questo spazio "secondario", ridefinendo opportunamente le entità e le leggi della normale dinamica.
E' importante osservare che la "ricostruzione" dello spazio e delle grandezze fisiche che utilizziamo normalmente per definire quello che nello spazio "ordinario" accade non è un passo logicamente necessario della teoria, ma è reso necessario dalla nostra esigenza di "saldare" la descrizione a livello di Spin Network con le modalità con cui noi siamo in grado di osservare il mondo, con le categorie descrittive che ci sono familiari e congeniali, e in ultima analisi con la formulazione della scienza fisica che abbiamo costruito e che sappiamo essere "esatta" in rapporto appunto al tipo di rappresentazione cui abbiamo accesso cognitivamente parlando.

L'analogia che ho proposto, quindi, implicherebbe che, a partire dalla descrizione del cervello come Rete, si "costruisca" un livello di descrizione "emergente" che in qualche modo consenta la "saldatura" con un modello macroscopico della Mente adeguato al nostro livello di percezione e comprensione dei processi mentali, sia in termini introspettivi che di comprensione delle menti altrui. Abbiamo quindi bisogno di una teoria psicologica da prendere come riferimento e verso cui dovrebbe convergere l'ipotetico modello "emergente" della mente umana.
Nel post precedente, ho parlato di credenze, emozioni, processi cognitivi, come di "entità" che potrebbero popolare questo modello "macroscopico". Tuttavia, fin qui restiamo all'interno di quella che viene comunemente chiamata Folk Psychology, ossia praticamente il modello che ognuno di noi usa intuitivamente di fronte ai fenomeni mentali; ma proprio come la Fisica non si identifica con la comprensione intuitiva che abbiamo dei fenomeni fisici, anche per quelli psicologici ci occorre una teoria più solida e sistematica (insomma, più scientifica) rispetto alla Folk Psychology. Tuttavia, ahimè, in questo campo non abbiamo una teoria unica, coerente e rigorosa come in Fisica, ma una serie di approcci e teorie parziali e qualitative tra cui è difficile scegliere (specie per un Incompetente).

Quindi, penso possa essere utile portare un po' più avanti l'analogia con la Fisica, per trarne qualche elemento di ispirazione. Passiamo al prossimo post…

Il Principio Olografico: un ultimo sforzo…

Con questo post comincia l'ultimo tratto del nostro "viaggio" in compagnia del Principio Olografico. Vale la pena che io avverta subito i (pochi) lettori che, mentre nell'ultima serie di post ho tentato di riassumere importanti e interessantissime teorie fisiche di cui troverete maggiori e migliori dettagli altrove, ad esempio negli articoli che ho segnalato, da qui riprendiamo invece una riflessione più personale, e quindi inevitabilmente meno rigorosa e più lacunosa. Vedremo se per chi avrà la pazienza di seguirmi ne sarà valsa la pena.

Comincerei riprendendo ancora una volta alcuni punti salienti degli approfondimenti sul Principio Olografico che abbiamo già incontrato, stavolta senza appensantire il discorso con troppe citazioni e riferimenti (che trovate nel post precedente, se siete interessati); il mio obiettivo finale sarà invece quello di fornire qualche elemento a sostegno della congettura che il Principio Olografico si applichi in qualche modo alla mente. Partiamo.

Una delle "famiglie" di teorie fisiche di maggiore interesse (per me) è quella che descrive il mondo utilizzando un modello background-independent, ossia senza postulare per gli oggetti che compongono l'Universo uno spazio-tempo di "sfondo", che in qualche modo sia dotato di un'esistenza autonoma e primitiva rispetto alla materia e all'energia. Un esempio abbastanza accreditato di teoria di questo tipo è la Loop Quantum Gravity; in essa, il modello "fondamentale" delle cose si basa su delle reti (Spin Networks) i cui archi sono le "particelle" (con le loro proprietà) e i nodi gli "eventi" in cui esse interagiscono. In un certo senso, insomma, in questo modello le entità fondamentali sono le particelle con le loro proprietà quantistiche, ma non lo spazio.
Lo spazio, in effetti, risulta essere una grandezza emergente, nel senso che è possibile definire opportunamente delle proprietà spaziali delle reti nel loro complesso (ad esempio area o volume), e queste proprietà sono naturalmente quantizzate, ossia non possono assumere qualsiasi valore, e in particolare non possono essere infinitamente piccole, anche se il quanto di "spazio" sarebbe talmente piccolo da non essere osservabile nei nostri abituali esperimenti. E' utile osservare che lo spazio non è un elemento "ontologicamente" necessario di questo modello: per noi è importante "ritrovarlo" perché non siamo capaci di concepire un mondo in cui esso non compaia, e perché tutte le nostre osservazioni e la nostra scienza nascono dalla nostra percezione dello spazio e degli oggetti che si muovono in esso.

A questo aggiungiamo che, secondo uno dei riferimenti che abbiamo citato, lo spazio emergente da questo modello incorpora naturalmente il Principio Olografico: se consideriamo una superficie che divida una porzione di spazio in cui si trovano gli osservatori da una ad essi inaccessibile (in altre parole, un orizzonte, come quello che circonda un buco nero), si verifica che su questa superficie l'Entropia è proporzionale all'area, e non al volume che essa delimita. Questa proprietà dell'orizzonte, unita alla relazione tra Entropia e informazione, equivale a dire che l'informazione "nascosta" dalla superficie è in qualche modo "tradotta" nelle proprietà osservabili della superficie stessa, che, in quanto parte di uno spazio quantizzato, ha una "capacità" non illimitata. Le proprietà interne dello spazio non accessibile restano ignote, e difatti per un buco nero in pratica l'unico parametro significativo è la sua massa, ossia l'energia totale che racchiude.

Tutto questo, come abbiamo visto, deriva direttamente dalla definizione dello spazio a partire dal "modello fondamentale" delle Spin Networks, e dalla sua esclusione dal novero delle grandezze "fondamentali", che sono invece le particelle elementari e le loro proprietà quantistiche, e l'energia di cui sono dotate.

Lo so, questo post non ha aggiunto nulla a ciò che avevate già letto. Mi serviva però per riepilogare gli elementi che cercherò di collegare nel prossimo; non dovrete attendere molto, promesso.

Il Principio Olografico in Fisica: una Compilation

Eccoci quindi giunti a un punto nel quale ritengo utile riassumere il nostro “viaggio” nel Principio Olografico, non necessariamente seguendo la cronologia dei post in cui ne ho parlato, e segnalando qua e là le fonti cui ho attinto e i post precedenti in cui ne parlo. Spero che questa sintesi compilativa abbia il merito di chiarire meglio il percorso logico, e di facilitare l’ulteriore esplorazione del tema a chi ne fosse rimasto incuriosito.

  1. Facciamo una premessa: nei ragionamenti che seguiranno, è bene tener presente l’interpretazione dell’Entropia come misura della quantità di informazione racchiusa in un sistema di cui non è noto lo stato “microscopico”, ma solo le proprietà “macroscopiche” o sintetiche (ad esempio, pressione, volume e temperatura per un gas ideale) [v. anche, in tutt’altro contesto, questo post].
  2. Cominciamo da quello che storicamente è il punto di partenza: le teorie sull’entropia dei buchi neri. Nessuno è in grado di darne una prova sperimentale, ma è convinzione generale tra i Fisici che l’entropia di un qualsiasi buco nero debba essere proporzionale alla superficie del suo “orizzonte”. Potrei chiamare questa teoria “Principio Olografico Debole“: la quantità massima di informazione all’interno di un buco nero è proporzionale alla superficie dell’orizzonte del buco nero e non al volume che essa racchiude, come sarebbe naturale pensare [v. questo post].
  3. Proprio perché questa caratteristica dei buchi neri appare singolare, ci si può chiedere se derivi da qualcosa di più fondamentale, che riguardi la struttura di base dello spazio-tempo. Ho scelto come particolarmente stimolante l’approccio della Loop Quantum Gravity  che si basa sulle Spin Networks; questa teoria [qui un articolo che ne propone un’introduzione… non ditemi che è troppo difficile, lo è anche per me] considera lo spazio-tempo come non fondamentale, ma emergente e (pertanto) costituzionalmente quantizzato, ossia non divisibile all’infinito, a partire da un modello più “astratto” che descriverebbe le proprità fondamentali della realtà. Secondo un articolo che devo ancora digerire (se mai troverò i succhi cerebrali adatti), “la Loop Quantum Gravity è profondamente connessa con il Principio Olografico“, e che in altre parole la proprietà che abbiamo anticipato nel punto 2 relativamente ai buchi neri all’interno della teoria della LQG è una proprietà fondamentale e inevitabile dello spazio-tempo emergente [v. questo articolo e questo mio post].
  4. Troviamo così quindi un fondamento teorico per il Principio Olografico (nella sua versione “forte”, se vogliamo mantenere questa distinzione che trovo utile), che quindi, se accettiamo la LQG come ipotesi di lavoro, diventa uno dei principi fondamentali; a partire dalla LQG, dovremmo quindi veder “emergere” un mondo, che è quello che osserviamo, in cui esistono lo spazio-tempo e le leggi fisiche “macroscopiche” che conosciamo. [v. questo mio post]
  5. A questo punto, è possibile, come hanno fatto negli ultimi mesi alcuni fisici a partire da un articolo di E. Verlinde, dedurre alcune conseguenze del Principio Olografico. La prima è che è possibile spiegare la Gravitazione (ad esempio nella sua versione newtoniana) come una forza entropica emergente, senza bisogno di postularla come un’ipotesi aggiuntiva. L’Universo che nasce dalla “costruzione” che abbiamo ipotizzato non può che includere una forza gravitazionale esattamente come quella che osserviamo. [v. anche l’articolo già citato al punto 3 e questo mio post].
  6. Inoltre, dalla validità del Principio Olografico applicato all’Universo nel suo complesso deriva una interessante spiegazione dell’Energia Oscura che pervade appunto tutto l’Universo osservabile, e per la quale non esistono al momento spiegazioni fisiche soddisfacenti e accertate [v. questo articoloquesto mio post].
  7. Infine: oltre a spiegare (o almeno a indicare una possibile spiegazione per) fenomeni già noti, il Principio Olografico predice osservazioni nuove? Secondo almeno un Fisico americano, la “grana fine” dello spazio-tempo dovrebbe essere osservabile da apparati sperimentali che hanno come scopo l’osservazione delle Onde Gravitazionali [v. questo articolo, e la fine del mio post citato al punto 4].

Beh, che ne dite? A me sembra molto interessante, e anche abbastanza coerente! Per evitare confusione, da questa sintesi ho volutamente lasciato fuori il “filone parallelo” di discussione che avevo aperto all’inizio (e cui ho già fatto cenno in diversi post) legato ai modelli della mente e alle neuroscienze, che è a sua volta molto speculativo, ma che mi sembra disporre di ricerche teoriche meno solide. Mi riservo di riprendere l’argomento in un prossimo post.

Pant! Comincio a capire perché non ho fatto il ricercatore…

It’s a Dark Universe, baby…

Ma le sorprese che il Principio Olografico ci riserva non sono finite.

Immagino che a molti siano familiari i concetti di Materia Oscura e (forse meno) di Energia Oscura. In pratica, chi studia Cosmologia sa che noi siamo in grado di osservare materia ed energia che esistano nelle forme a noi note e familiari. La materia si addensa in stelle, galassie, gas interstellari, eccetera, e l’energia in radiazione che, allo stadio attuale dell’Universo, è minoritaria rispetto alla materia.

Ma c’è dell’altro. Analizzando il moto delle galassie e la velocità di espansione dell’Universo, si è capito che devono esistere delle forme di materia e di energia che non siamo in grado di osservare, e che sono diverse da quelle che conosciamo. Anzi: le forme di materia ed energia che conosciamo costituiscono solo una frazione di quelle che secondo le evidenze di cui disponiamo devono esistere. La cosa è espressa molto chiaramente da questo grafico, tratto da Wikipedia:

E’ ovvio che qualunque spiegazione della Materia Oscura e dell’Energia Oscura sarebbe benvenuta, e in effetti i Fisici ne hanno elaborate un certo numero. Per esempio, molti Fisici credono che esistano numerose particelle mai finora osservate, che potrebbero costituire la Materia Oscura. Quanto all’Energia Oscura, una delle spiegazioni più "vecchie" risale al solito Einstein, che aveva ipotizzato che nelle sue equazioni andasse inserita una cosiddetta Costante Cosmologica che, se positiva, avrebbe l’effetto di provocare l’espansione dell’Universo così come effettivamente la osserviamo. Einstein si pentì poi di averla ipotizzata, ma magari aveva ragione anche quando credeva di sbagliare…

Ma torniamo al nostro Principio Olografico. In un post precedente, abbiamo visto che, se consideriamo una superficie "olografica", dal concetto di Entropia e dal Principio Olografico deriverebbe l’esistenza di una forza "entropica" (identificabile con la Gravitazione, se ci poniamo immediatamente all’esterno di un volume sferico contenente una certa densità di materia/energia). Questa forza deriverebbe in qualche modo dal fatto che alla superficie olografica è associata una temperatura non zero e che, secondo il principio di Unruh, a una temperatura (nel vuoto) non nulla è associata un’accelerazione.

Se ora consideriamo, secondo il Principio Olografico, che queste proprietà valgano per l’Universo nel suo complesso, allora la nostra "superficie olografica" avrà come raggio quello dell’Universo, e ad essa corrisponderà una temperatura che dipende dalla massa e dal raggio dell’intero Universo; la forza "entropica" sarà diretta verso la superficie olografica e quindi nella direzione dell’espansione dell’Universo. Come spiegato succintamente ma efficacemente in questo eccellente blog, e in modo decisamente più complicato in questo articolo, se si fanno i conti risulta che l’energia associata a questa forza corrisponderebbe bene alla quantità di Energia Oscura che si stima essere presente nell’Universo.

Quindi, il Principio Olografico spiegherebbe anche uno dei misteri attualmente più sconcertanti della Cosmologia, e cioè la natura dell’Energia Oscura. Sempre più magico…

Aveva ragione Zenone? Spin Network ed eliminazione della Gravità

Forse è così: quel filosofo sofista rimasto alla storia per i suoi paradossi, che avevano lo scopo di dimostrare la contraddittorietà dell’idea di infinita divisibilità dello spazio e del tempo, potrebbe essere una figura da riabilitare. Certo non per gli argomenti che aveva escogitato, e che trovano risoluzione con strumenti matematici scoperti successivamente (serie convergenti, derivate, integrali), ma per il fatto che ormai tra i Fisici è abbastanza diffusa la convinzione che lo spazio-tempo non sia divisibile all’infinito.

In un post precedente, ho riepilogato come il Fisico Erik Verlinde in un suo recente articolo ha cercato di dimostrare che dal Principio Olografico (di cui ho parlato a lungo, recentemente) e da alcuni fenomeni fisici noti, derivano le leggi della Gravitazione Universale newtoniana (e in realtà anche della Gravitazione “rivista” da Einstein). Questa idea, sostenuta da argomentazioni relativamente semplici eppure efficaci, lascia tuttavia almeno due perplessità che meritano un approfondimento:

1 – perché dovremmo accettare il Principio Olografico come una “legge fondamentale” di natura, tanto da derivare da esso la più familiare e meno controversa Gravitazione di Newton? Cosa dovrebbe renderci così sicuri che il Principio Olografico sia vero?

2 – se il Principio Olografico è vero, quali altre implicazioni ne derivano? Possiamo includerlo nel corpus della Fisica senza altre modifiche o dovremmo adottare un cambiamento di prospettiva più radicale? Lo stesso Verlinde in realtà dice che se le idee che lui cerca di combinare insieme sono corrette, allora anche lo spazio deve essere “emergente” come la Gravità.

A mio parere, senza chiamare in causa la questione 2, è difficile dare una risposta convincente all’obiezione 1. Il Principio Olografico è abbastanza persuasivo se applicato all’orizzonte dei buchi neri, ma anche in quel caso non ci sono dati sperimentali che possano confermare questa teoria. L’estensione del Principio Olografico all’intero Universo è invece secondo me, nei termini in cui viene proposta in genere, una pura congettura.

Le cose cambiano se si affronta il problema della natura dello spazio-tempo. Verlinde (come diversi altri Fisici) ci propone l’idea che lo spazio sia una grandezza emergente. Prima di approfondire la discussione, quindi, è opportuno forse chiarire cosa si intende per “emergente”.

Prendiamo ad esempio una molecola di ossigeno in un contenitore chiuso. In un dato istante, questa molecola, classicamente parlando, è descritta da sei variabili: tre relative alla sua posizione nello spazio (x, y, z), e tre relative alla sua velocità (vx, vy, vz). Non ha senso per questa molecola parlare di “proprietà” come temperatura o pressione. Se ora aggiungiamo altre cento molecole di ossigeno, descrivere lo stato del sistema sarà più complicato, ma richiederà le stesse grandezze; quando però ne aggiungiamo mille miliardi di miliardi, le cose cambiano. Le posizioni e le velocità delle singole molecole, prese nel loro insieme, danno luogo a grandezze fisiche che per una singola molecola non esistono, come la Temperatura. Eppure, la Temperatura è una grandezza fisica “reale”, misurabile, che segue delle leggi ben conosciute, anzi conosciute da prima che si conoscessero le molecole. La Temperatura è una grandezza fisica che nasce dall’effetto complessivo di grandezze fondamentali prese su una scala “macroscopica”: questo è il concetto di proprietà emergente (forse questo esempio non è proprio rigoroso, in quanto la Temperatura è una proprietà riducibile, ma se ne sapete abbastanza da contestarlo vuol dire che siete meno Incompetenti di me e quindi dovreste spiegare voi a me come funzionano queste cose. Noi Incompetenti siamo difficili da prendere in castagna).

Dire che lo spazio è una grandezza fisica emergente significa quindi innanzitutto affermare che non è una grandezza fondamentale. Quindi, le grandezze fondamentali devono essere altre: quali?
Una teoria su cui alcuni Fisici lavorano da tempo è quella di considerare come “spazio fondamentale” quello delle “reti di spin”, o Spin Networks, che rappresentano in qualche modo i “percorsi logici” intersecantisi delle “particelle” portatrici di spin:

Come dite? Non ci capite niente? Neanch’io. Proprio nulla. Mi sa che mi toccherà studiarmi questa roba (la vita dell’Incompetente a volte è dura).

Però, una cosa più o meno la capisco. Se al posto di oggetti che si spostano in uno spazio tridimensionale consideriamo “fondamentale” una rappresentazione della realtà come fatta di archi e nodi di questi diagrammi, dovremo dare una nuova definizione delle grandezze fisiche con cui normalmente abbiamo a che fare. In uno spazio tridimensionale, la “superficie”o il “volume” associati a un oggetto si definiscono in funzione delle coordinate spaziali dell’oggetto stesso. Se però lo spazio non è un’entità fondamentale, allora cose come “superficie” e “volume” dovranno essere definite in funzione delle proprietà delle reti di spin.
Ebbene, chi ha fatto questo esercizio ha scoperto che in questo modello “aree” e “volumi” sono quantizzati, ossia non è possibile definire porzioni di “spazio” infinitamente piccole.

Ecco quindi come i “pezzi” potrebbero combaciare. L’ambizioso programma che dovrebbe liberare la Fisica dalla difficile coesistenza tra Fisica Quantistica e Gravità potrebbe consistere nei seguenti passi:

1) Adottare un modello come quello delle Spin Networks per la descrizione delle proprietà fondamentali della materia;

2) Derivare da questo modello la definizione delle grandezze spaziali come grandezze “secondarie”, e che hanno senso solo a partire da una dimensione minima che tipicamente ha a che fare con la lunghezza di Planck;

3) Dimostrare (forse lo fa già l’articolo che ho citato, ma non lo capisco abbastanza per dirlo) che nel modello delle Spin Networks vale necessariamente il Principio Olografico;

4) Far derivare le leggi della Gravitazione dal Principio Olografico, eliminando quindi la necessità di postulare l’esistenza di una forza fondamentale (o, equivalentemente, di una interazione fondamentale tra massa e metrica dello spazio-tempo).

A me (pur considerando quanto poco io capisca davvero di questioni di Fisica Teorica così sofisticate) questo approccio sembra molto promettente, più delle diverse varianti della Teoria delle Stringhe. In ogni caso, mi sembrava interessante presentarlo.

Un bel tacer non fu mai scritto

Taccio da un po’?

E’ vero. In realtà, è successa una cosa buffa, come ho già accennato: il tema del Principio Olografico e della termodinamica dei Buchi Neri ha avuto un’evoluzione inattesa (da me) e sono stati pubblicati alcuni lavori che utilizzano l’idea alla base del Principio Olografico per affrontare (risolvere?) alcuni dei problemi aperti della Cosmologia, e in particolare quello dell’Energia Oscura.

Bene, direte voi: motivo in più per scrivere nuovi post, no?

Mica tanto: dimenticate che io sono un Incompetente. Non potete aspettarvi che io scopra degli articoli scientifici (l’ultimo è questo) e che, dopo averli letti a colazione, ne faccia un brillante sunto sul blog. Questo potete aspettarvelo da qualcuno competente in materia…

Io invece devo trovare il tempo di leggere, approfondendo magari qualche testo più accessibile, e poi, avendone capito il 15%, cerchi di ricostruire un senso generale che possa arricchire le considerazioni che già stavo facendo. Non è facilissimo.

Quindi, ora devo decidere fino a che punto spingermi nel cercare di capire, e cosa abbia senso "recuperare" per commentarlo qui. Abbiate pazienza…