Nobel italiano. Premiato il fisico che ha saputo interpretare anche la pandemia

Anche oggi mi corre l’obbligo di commentare la premiazione di alcuni ricercatori con un Nobel, e precisamente quello per la Fisica, perché il premio è andato per metà a uno degli scienziati italiani di maggior spessore, ovvero Giorgio Parisi (la restante metà è stata condivisa da Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann).

Parisi è una voce nota a molti in Italia, perché non si è risparmiato in battaglie di impegno civile in difesa della comunità scientifica nazionale o contro la pseudoscienza, come la biodinamica. Molti ricorderanno il suo impegno nel tentare di fronteggiare la questione Xylella, oppure durante la pandemia l’analisi indefessa dei dati che via via emergevano, allo scopo di mettere in guardia le istituzioni e poi di correggere le storture interpretative o le mancanza che via via sono emerse.

Ma perché Giorgio Parisi è stato insignito del premio Nobel? La risposta suona piuttosto criptica: per i suoi contributi allo studio dei sistemi complessi. Non è qui possibile esaminare il dettaglio di tali contributi; ma possiamo almeno provare a definire il campo nel quale essi sono arrivati, per intuirne l’importanza.

Dobbiamo innanzitutto definire i sistemi complessi, e lo faremo per contrasto, partendo da un sistema semplice come l’acqua. Lo stato dell’acqua può essere liquido, solido o gassoso, e per sapere in quale stato essa si trovi, basta misurare due parametri – pressione e temperatura, per esempio. Per certi valori dei parametri, l’acqua può essere simultaneamente in più stati: per esempio, a pressione atmosferica e a 100 gradi di temperatura, avrò sia acqua liquida che acqua gassosa. In una particolare condizione di temperatura e pressione (circa 0.01 gradi ad una pressione di circa 4,58 millimetri di mercurio) troverò l’acqua in tre stati diversi (liquido, solido e gassoso); tuttavia, oltre questo non andrò, vale a dire avrò sempre un piccolo numero di stati distinti, tutti corrispondenti a coppie di valori di due soli parametri di stato indipendenti. Sebbene sia impossibile la descrizione dello stato di ogni molecola d’acqua in un bicchiere in un dato istante di tempo, la descrizione macroscopica dell’intero volume di acqua in quello stesso istante è semplice, perché gli stati possibili sono pochi – solido, liquido e gassoso - e i parametri necessari a prevederli con accuratezza – pressione e temperatura - sono altrettanto pochi.

In un sistema complesso accade qualcosa di molto diverso: non solo la descrizione microscopica è ugualmente proibitiva, ma anche quella macroscopica è difficile, perché sono presenti moltissimi stati alternativi distinti (e non solo tre, come per l’acqua), perché per descrivere tali stati non bastano solo pochi parametri, come pressione e temperatura, ed infine perché spesso il modo in cui le componenti microscopiche del sistema interagiscono fra loro è spesso tale, per cui piccole differenza iniziali – anche dovute al caso – si amplificano generando stati finali molto diversi. La moltitudine imprevedibile delle interazioni molecolari fra le molecole d’acqua globalmente produce effetti medi sempre uguali, per cui il risultato finale è che lo stato finale del bicchiere d’acqua è molto ben determinato tra poche alternative e indifferente a quel caos; nei sistemi complessi come una cellula vivente, invece, la fittissima rete di interazioni di tipo diverso fra molte componenti molecolari diverse produce differenze nello stato finale che la cellula assume in risposta a perturbazioni anche molto piccole, con moltissimi stati macroscopici possibili in corrispondenza di diversi insiemi di stati microscopici.

In queste condizioni accade che, contrariamente al caso dei sistemi semplici come l’acqua, fissati i parametri di stato possano coesistere non solo due o tre stati, ma un numero elevato di stati diversi; e questa è appunto una caratteristica che si può considerare distintiva dei sistemi complessi, come Giorgio Parisi ha contribuito a illustrare. Questi sistemi comprendono gli organismi viventi, gli ecosistemi, l’atmosfera, le comunità sociali e molto altro; per essi, dobbiamo rinunciare a calcolare le proprietà macroscopiche una volta fissato il tipo di interazioni fra le componenti microscopiche, ma possiamo almeno stimare la media di queste proprietà al variare dei parametri che caratterizzano tali interazioni (incluso il fattore di disturbo casuale). Si parte sempre dal comportamento delle singole componenti, come in un approccio riduzionista, ma si studiano poi le statistiche delle proprietà collettive di insiemi vasti di queste componenti; e per farlo si è dovuta sviluppare una nuova fisica.

Giorgio Parisi, utilizzando per la prima volta alcuni precisi strumenti matematici, e partendo dalla modellazione concettuale rigorosa del prototipo dei sistemi complessi in fisica – i vetri di spin – ha derivato un insieme fecondo di concetti che hanno reso possibile sia iniziare lo studio descrittivo generale dei sistemi complessi, sia la caratterizzazione del modo in cui evolvono nel tempo. Nel farlo, ha scoperto l’interazione fra disordine intrinseco a livello microscopico in questi sistemi e le fluttuazioni di stato macroscopico apparentemente imprevedibili che essi esibiscono, correlando il primo alle seconde, con leggi così generali che, come specificato nella motivazione del premio Nobel, esse valgono dalla scala atomica a quella planetaria.