Premessa:
In
questa breve rassegna critica osserveremo come la Termodinamica debba
rinnovarsi per favorire la comprensione Biologica della vita e della
sua evoluzione . Comunque pur avendo la Scienza storicamente superato
le concezioni termodinamiche , classiche purtroppo esse sono ancora
retaggio di una formazione concettuale non piu’ all’altezza delle
problematiche di ricerca contemporanee . Pertanto
in questo convegno “COHERENCE 2005”, simuleremo di osservare la
trasformazione cognitiva facendo uso dell’ occhio delle libellula ,
che permettendo di osservare a 360° rende possibile vedere l’ ostacolo
anche quando di fatto e stato largamente superato. E
importante, in questo contesto, sottolineare il fatto che attualmente
la ricerca trans-disciplinare sulle scienze della vita , rapidamente
si sposta dal fare riferimento ai modelli meccanici a modelli
bio-elettrochimici nel quadro degli sviluppi della BIOLOGIA
SINTETICA, che gia si propone di sviluppare strategie commerciali pur
essendo assai rischiose per il fatto stesso che, per quanto sappiamo
clonare esseri viventi, ancora siamo molto lontani dal capire come
avviene il concepimento e la evoluzione della vita per vie naturali.
Quanto sopra e’ stato messo in evidenza per il fatto che le attuali
bio tecnologie sono essenzialmente prive di un controllo culturale e
cognitivo adeguato. Infatti varie imprese quali la
Bio-techonomy , e la Synthetic Genomics hanno gia riscritto il DNA
per realizzare forme di vita artificiali ed infatti recentemente hanno
gia’ prodotto (2002) un virus ottenuto assemblando diversi elementi
del DNA ottenuti per sintesi in laboratorio in modo che il virus
artificiale, possa agire da veicolo per introdurre specifiche
funzioni vitali da integrare nelle riproduzione delle cellule di
Piante Animali.
La composizione ed assemblaggio delle catene
del “DNA di Sintesi” attualmente avviene mediante l' utilizzo di
conoscenze bio-elettriche, in base alle quali i circuiti genetici di
riproduzione cellulate vengono trattati in guisa di circuiti
elettronici, di informazione , la dove determinate sequenze genetiche
( BIO-BRICKS) vengono assembrate e sostituite l' una all'altra in modo
da studiare come modificare le caratteristiche naturali degli
organismi viventi. Proprio i successi delle bio-tecnologie oggi
impongono alla scienza l’ opportunita’ di condividere le conoscenze e
divulgarle anche al fine di permettere ai cittadini di rendersi conto
che la scienza si trova ad agire nell’ ambito di un cambiamento
epocale tra la società Industriale e quella post Industriale della
Economia della Conoscenza. Pertanto in tale contesto
di transizione conoscitiva , le conoscenze di indole meccanica e le
concezioni termodinamiche necessitano di correlarsi quali conoscenze
di base agli sviluppi delle innovazione bio-tecnologica finalizzando
le nuove ricerche alla comprensione del funzionamento della
INformazione bio-chimica nella organizzazione della vita. Quanto sopra
risulta evidente dato che putroppo mi sono trovato di fronte ad una
cospicua serie di detrattori accademici , quando ho tentato di capire
come il DNA potesse essere considerato similmente ad una antenna
rice-trasmittente , che agendo come tale risulti capace di realizzare
un gruppo di sintonia con i catalizzatori biologici , ponendo in
risonanza le energie di attivazione, che determinano un comportamento
oscillante delle reazioni biochimiche . Fatte salve le esperienze
personali di effettivo “mobbing “ perpetrato quasi regolarmente dalla
accademia scientifica, dobbiamo considerare che di fatto
“Biologia-Sintetica” oggigiorno e' alle prime armi e pertanto
diviene altamente necessario, se non vorremmo proibirne
definitivamente la ricerca bio-tecnologica , proporci di evitarne i
rischi provenienti da eventuali contaminazioni incontrollabili della
sintesi di nuovi DNA, di fatto non preesistenti in natura .
Certamente per agire in piena coscienza con cognizioni adeguate,
dovremo innanzitutto superare la mancanza di diffusione e
disseminazione delle conoscenze biologiche innovative, che ad oggi
risultano delimitate dalla incomprensione generate dal fare
riferimento ad antiquate acquisizioni di indole meccanica della
scienza, cosi da poter favorire lo sviluppo di una cultura utile e
favorire il cambiamento storico-sociale della scienza e della
economia nel quadro cognitivo e di sviluppo della “Società Europea
della Conoscenza”. Quanto sopra indubitabilmente significa adoprarsi
per una strategie di innovazione concettuale tese verso il superamento
delle vecchie concezioni meccaniciste della scienza, ivi comprese
quelle della Termodinamica classica, in quanto esse non risultano piu’
correlabili alla comprensione delle problematiche contemporanee a
riguardo delle scienze delle vita.
Ricordo infatti le conoscenze biologiche fino ad oggi si sono limitate
ad una descrizione meccanica del metabolismo cellulate cosi che la
cellula vivente sembra essere una “tipografia” basata sul modello
della catena di montaggio e finalizzata unicamente alla produzione
delle proteine. Pertanto le tradizionali conoscenze meccaniche della
scienza applicate alla Biologia oggigiorno non permettono piu’ il
controllo cognitivo e culturale delle contemporanee attivita’ di
BIO-SINTESI GENETICA , proprio perche’ non sono focalizzate ed i
sistemi di informazione e comunicazione biochimica che permettono il
funzionamento interattivo del metabolismo cellulare. Pertanto per
comprendere piu facilmente la esigenza di anticipazione di conoscenze
scientifiche e tecnologiche innovative, viste in relazione sfide
poste dello sviluppo delle scienze della vita e provero’, su richiesta
del Comitato Organizzatore di COHERENCE 2005, a sintetizzare , un
profilo storico-cognitivo delle concezioni termodinamiche, passando
attraverso le concezioni di NEG-ENTROPIA , di Schroedinger, a quelle
della relazione tra Entropia Negativa ed informazione di
Leon-Brillouin, agli studi di Giorgio Piccardi , sulla influenze dei
campi elettromagnetici sulle trasformazioni chimiche e bio-chimiche,
edagli studi di Ilya Prigogine e di Raphael Eduard Liesegang, sul
tema delle reazioni chimiche oscillanti e della loro struttura non
lineare ad anelli alternanti condizioni di reazione e non reattività
Rimembranze di termodinamica
È noto che, il
concetto di ciclo espresso da Sadi Carnot (1796-1832) nelle
“Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu” del 1824 e’ relativo al
rendimento di un motore ideale che effettua un ciclo reversibile tra
due condizioni termiche una piu calda ed una piu fredda. Dato che il
calore fluisce spontaneamente da un corpo caldo ad un corpo freddo e
non viceversa, per rendere reversibile il sistema di flusso di calore
che genera la potenza di un motore, si deve spende energia come lavoro
meccanico ; cio’ comporta di fatto una dispersione energetica che
riduce il rendimento ideale del motore di oltre il 60% . L’ idea di S.
Carnot fu quella di considerare un sistema di trasformazione
reversibile capace di ritornare nella condizione o nello stato
originario, simulando la trasformazione irreversibile del flusso di
calore , in una particolare sequenza ideale di successivi punti di
equilibrio, cosi da poter ritenere ipoteticamente reversibile il
sistema di scambio tra calore e lavoro. Quindi la termodinamica
nacque in seguito a la estensione delle concezioni di Carnot , in modo
che fosse applicabile a tutte le trasformazioni suscettibili di
descrizione teorica attraverso valori medi, detti variabili di stato
macroscopiche, quali il Volume, la Temperatura, la Pressione, le
quali assumono valore misurabile come differenza tra differenti stati
di equilibrio. Pertanto conoscendo i valori delle coordinate
termodinamiche di un sistema, nell’ipotesi che esse siano uniformi in
tutto il sistema ed inoltre nella ulteriore ipotesi che i suddetti
valori restino costanti nel tempo ed in condizioni di equilibrio,
diviene possibile affermare di conoscere lo stato termodinamico del
sistema e quindi controllarne le migliori condizioni di rendimento.
Nel
1864 Rudolf Clausius , comprendendo la necessita per la scienza
di dover garantire la conservazione della Energia nel passaggio tra
calore e lavoro , introdusse “ex-novo” il concetto di “ Entropia “ nel
suo trattato : “Abhandlungen über die mechanische Wärmetheorie (tr.
Trattato sulla teoria meccanica del calore)” , cosi che
successivamente agli studi di Sadi Carnot , si ristabili il fatto che
la energia non si distrugge neppure nelle trasformazioni irreversibili
tra calore e lavoro, poiche’ essa si degrada ; infatti il livello di
degradazione viene indicato dal valore della Entropia . La parola
ENTROPIA su definita da Clausius come una grandezza “anomala" in
quanto per essa non vale un principio di conservazione, ma viceversa
un "principio di “non” conservazione".
Proprio da questa
considerazione ENTROPIA e’ un vocabolo tratto dalla lingua greca e
significa "contenuto in mutamento” , ed infatti l’ ENTROPIA (S)
indica un gradiente qualitativo delle energia , che Clausius defini’
come il rapporto tra la somma dei piccoli incrementi (infinitesimi)
di
calore
(dQ) rilevabili nelle vicinanze dell’ equilibrio, divisa per la
temperatura
assoluta (T) misurata durante l'assorbimento del calore a
pressione costante. E’ importante notare come tale equazione non
definisca l’ entropia del sistema, ma solo la variazione (dS)
di entropia dello stesso. Pertanto era necessario avere un punto di
riferimento per calcolare la variazione dell’ Entropia di un sistema a
questa esigenza provvide il Terzo Principio - Teorema di Nerst
- (1906) dicendo arbitrariamente che la Entropia ad un ipotetico Zero
assoluto ha un valore limite equivalente a Zero. Comunque sappiamo che
lo Zero assoluto non e fisicamente raggiungibile e pertanto la
variazione di entropia risulta essere un dato quantitativo fortemente
limitato ai sistemi di equilibrio , da cui si desume una approssimata
indicazione di tendenza dello sviluppo di una trasformazione.
Ludwig Boltzmann (1844-1906) cerco’ di
comprendere il significato fisico della tendenza all' aumento
dell'entropia, considerata da Clausius , come principio generalizzato
di degradazione dell'energia , proprio per il fatto che l’ ENTROPIA in
un sistema chiuso diventa un deterrente che rende progressivamente
sempre meno disponibile per realizzare un lavoro utile. Boltzmann
pertanto ritenne che l’ Entropia fosse una misura statistica della
distribuzione delle molecole, vista in relazione alla possibilita’ di
definire la direzione media del moto di ciascuna molecola nello
spazio cartesiano; in tale guisa ritenne che la Energia Cinetica di
ciascuna molecola di un gas ideale potesse essere considerata
equivalente nelle tre direzioni dello spazio . Facendo seguito a tale
approssimazione considero’ di poter definire da un ordine statistico
(P) di insiemi molecolari che degradavano la loro energia
durante le trasformazioni . Pertanto egli suppose di poter asserire
che , mentre la energia tende a disperdersi, la entropia di un
sistema chiuso a ulteriori scambi di energia e materia, tende ad
aumentare fino a raggiungere la “morte termica”. Boltzmann
espresse queste sue idee con la formula che fece iscrivere sulla sua
tomba <S = K Log P> , purtroppo dopo essersi suicidato a
Trieste , per la depressione causata dalle forti divergenze di
opinione con gli scienziati a lui contemporanei I quali non
compresero la sua interpretazione logaritmica delle Entropia . Infatti
si ricorda che Wilhelm Ostwald (1985) scrisse in proposito
della equazione di Boltzmann “ The Irreversibility of Natural
Phenomena cannot be described by mechanical equations.” Pertanto con Boltzmann
la termodinamica classica rimase limitata da tali indicazioni assai
teoriche ed ipotetiche , proprio perche’ gia’ allora era evidente che,
nelle trasformazioni chimiche irreversibili avvengono tutta una
serie di fenomeni non lineari, i quali danno luogo ad una inversione
della direzione della entropia , la quale invece di crescere con la
dispersione di energia, tende viceversa a diminuire, creando nuove
strutture di ordine molecolare .Di conseguenza il tema fondamentale
della termodinamica dei sistemi lontani dall’ equilibrio , divenne nel
XX secolo, quello teso a capire come si formi dal caos la “Entropia
Negativa”, ovvero come si e detto in seguito come si sviluppino
sistemi di trasformazione “ non” lineare , sulla base dello sviluppo
di NEG-ENTROPIA.
Nel
1944 Erwin Schroedinger scriveva a tale proposito: «l'organismo
si alimenta di entropia negativa, attraendo su di sé [...] un flusso
di entropia negativa, per compensare l'aumento di entropia che esso
produce vivendo, con cio’ riesce a mantenersi ad un livello di
entropia stazionario notevolmente basso». Con l'introduzione del
concetto di entropia negativa, poi chiamata da Leon Brillouin “nega-entropia”,
(vedi : Brillouin, L., Scientific Uncertainty and Information, Acc.
Press, New York and London, 1964.), si volle porre in risalto come la
“ENTROPIA NEGATIVA” fosse legata all'aumento della misura dell'ordine,
in opposizione a quella tendenza naturale che spinge al disordine.
Alcuni anni dopo, l'importanza del concetto di Entropia Negativa venne
meglio evidenziato da lo stesso Brillouin , che pose l’ ENTROPIA
in relazione la INFORMAZIONE necessaria a definire la tipicità
dell'essere vivente. Brillouin affermo che, mentre nel caso di
strutture inorganiche si può considerare l'entropia di un sistema come
la somma di singoli valori entropici, questo per’ non e’ piu’ non è
possibile nel caso si abbia a che fare con un sistema vivente.
Pertanto sottolineo come il concetto di entropia
risulti valido solo per un sistema perfettamente chiuso, cioè che non
riceve dall'esterno alcun tipo di energia.
Ilya Prigogine Premio Nobel Per la
Chimica 1977, parti da tali considerazioni e mise in evidenza come le
strutture organizzate che si formano mediante lo scambio con l'esterno
di energia e materia realizzino strutture dinamiche altamente
organizzate che sono state chiamate, da Ilya Prigogine, “strutture
dissipative di energia”. In seguito a cio’ molti scienziati nell’
ambito del secolo scorso hanno teso ad estendere la termodinamica per
comprendere le trasformazioni irreversibili che si comportano
generando neg-entropia. Un ampio dialogo su tali tematiche e
proseguito durante tutto il secolo scorso; e’ pertanto utile
rammentare che Erwin Schrodinger (1887-1961) premio Nobel
per la fisica nel 1933, sottolineo come gli esseri viventi mostrino
un comportamento opposto a quello sancito dal secondo principio, in
quanto essi nascono e vivono mantenendo internamente un livello di
ordine e organizzazione estremamente elevato. E. Schrodinger avanzò
infatti l'ipotesi che gli esseri viventi, pur essendo costretti a
degradare energia come ogni altra macchina termica, “assorbano”
neg-entropia (ovvero entropia con il segno meno) ed ad un tal
proposito dice testualmente << ...Meno paradossalmente si può dire
che l'essenziale nel metabolismo è che l'organismo riesca a liberarsi
di tutta l'entropia che non può non produrre nel corso della vita.
>>, ovvero, in parole povere, lo scopo primario
delle cause della vita non è certo obbedire ciecamente al secondo
principio della termodinamica, ma piuttosto di contrastarlo con tutti
i mezzi necessari. ( vedi SCHRODINGER, ERWIN. Scienza e umanesimo. Che
cos'è la vita. Sansoni, Firenze 1978 (1953-1947). E. Schroedinger
pertanto affermo’ che "gli esseri viventi possono sopravvivere
soltanto se si nutrono di entropia negativa, traendola dall’ ambiente
circostante". Schrodinger , tuttavia, si mosse concettualmente
ancora in ambito termodinamico, nel quale la negentropia cambia solo
e soltanto il segno di un processo energetico che e’ sempre inquadrato
in una concettualita’ meccanica proprio in quanto Schrodinger non
considero’ espressamente la relazione tra “neg-entropia ed
informazione”, come fenomeno coerente ed oggettivo della
trasformazione energetica di un sistema capace di invertire la
transizione da entropico in neg-entropico..
Giorgio Piccardi (1895-1972) Direttore dell’ Istituto di chimica
Fisica della Università di Firenze, anch’esso ben noto a livello
internazionale, diceva, a noi studenti : “non bisogna dimenticare che
i sistemi complessi (a partire dagli orologi chimici, agli esseri
viventi, ecc), hanno in comune il fatto di produrre essi stessi le
proprie caratteristiche della struttura dello spazio-tempo , e cio’
significa che essi sono capaci di formalizzare livelli di
auto-organizzazione che sono riconducibili sia a livello dei
costituenti microscopici che macroscopici. Per Giorgio Piccardi la
comparsa della vita, forse, doveva considerarsi come una complessa "inversione
non solo numerica della entropia" , cosi che da una condizione
caotica di interazione tra ed energia materia la natura nella sue
evoluzione biochimica aveva appreso sviluppare una strategia
incredibilmente complessa, che pertanto diviene particolarmente
incomprensibile per coloro che la analizzano in termini di una
antiquata concezione lineare della termodinamica classica . Infatti
l'aumento di entropia che si registra nelle trasformazioni idealmente
chiuse a scambi di energia e materia con l’ Universo , corrisponde ad
un accrescimento temporaneo dell’ Entropia. Viceversa e’ facile
osservare sperimentalmente, che in sistemi reali aperti agli influssi
ed influenze cosmiche , la negazione di entropia non consiste in un
semplice trasferimento di segno del valore numerico da positivo a
negativo. Infatti rammentava Piccardi , la Entropia per significare
effettivamente il "contenuto in mutamento” va interpretata nell’
attuazione del completo passaggio tra entropia e “neg- entropia nell’
ambito di sistemi lontani dall’ equilibrio termodinamico. Perseguendo
tali obiettivi di ricerca Piccardi si propose di cercare di capire
quali fossero gli agenti del processo di trasformazione che conduce
la chimica delle reazioni aperte a scambi di energia , ad invertire
il sistema entropico in neg-entropico. Pertanto
Piccardi inizio’ le sue ricerche sui sistemi lontani dall’ equilibrio
termodinamico , iniziando con lo studio dio cosi detti “Barometri
Chimici” detti piu’ comunemente “STORM GLASS” . Le
reazioni chimiche che avvengono nello “STORM GLASS” producono un
cambiamento oscillante di solubilizzazione della Canfora quando sono
esposte ad una situazione ambientale che permette do osservare solo
uno scambio di energia ma non di materia . Infatti gli “STORM GLASS”
sono realizzati da una soluzione idro-alcolica di canfora a
contrazione costante, sigillata in una provetta di vetro , in
presenza di nitrato di ammonio, come si ricava dalle antiche ricette
alchemiche. La provetta sigillata viene posta a “bagno maria” a
temperatura costante e pertanto la soluzione di canfora e nitrato di
ammonio, non subisce influenze dalle variabili termodinamiche essendo
constanti , temperatura, pressione e concentrazione. Tali barometri
chimici sono noti fin dai tempi antichi della alchimia , e sono
utilizzati ancor oggi per sapere in anticipo le variazioni delle
condizioni climatiche, in quanto indicano con accuratezza l’
evolversi delle condizioni atmosferiche . Infatti se il cristallo di
canfora cresce spontaneamente nella provetta dalla soluzione liquida (
generando una situazione neg-entropica),si constatera che e possibile
fare una previsione di cattivo tempo atmosferico ( pioggia); quando
viceversa il cristallo di canfora tendera’ nuovamente a disciogliesi
solubilizzandosi , cio indichera’ che le condizioni atmosferiche
miglioreranno. Giorgio Piccardi studio’ in seguito ,per circa 30 anni
, il comportamento di tutta una serie di “Fenomeni Chimici
Fluttuanti” , quali ad es gli Anelli di Liasegang e le cosi dette
CLOCK REACTIONS individuando nelle “ influenze elettromagnetiche”
derivanti dalla azione delle variazioni del campo elettromagnetico tra
il sole e la terra, uno dei motivi essenziali della inversione delle
relazioni tra entropia e neg-entropia che danno luogo alla evoluzione
dei sistemi viventi.
In
seguito Ilya Prigogine , premio Nobel per la chimica (1977)
prendendo spunto dalle reazioni chimiche oscillanti , asseri’ che la
termodinamica classica si era riferita preferenzialmente ad ipotetiche
condizioni di equilibrio falsamente applicate anche nell’ ambito delle
trasformazioni irreversibili, proprio in quanto tali processi
sperimentali venivano considerati nell’ ambito della Termodinamica
classica , come semplici varianti temporanee di una sostanziale
uniformita’ concettuale propria della fisica meccanica , dove ogni
equazione e reversibile rispetto al tempo. Ma tale atteggiamento
mentale basato sulla ammissione della reversibilità rispetto al tempo
non corrisponde alla osservazione delle reazioni oscillanti. Infatti
si osserva che una fluttuazione impercettibile attorno al punto di
biforcazione in una reazione do trasformazione irreversibile è in
grado di innescare meccanismi di evoluzione che instradano l'intero
sistema verso una alterazione ad entropia negativa in relazione allo
sviluppo di cambiamenti di stato macroscopici . Ilya Prigogine in
sintesi disse : La termodinamica e’ stata valida nelle condizioni di
riferimento di termodinamica di equilibrio. I processi irreversibili
infatti ,diversamente dalla condizioni di equilibrio, originano nuovi
stati dinamici della materia che riflettono l'interazione di un dato
sistema con ciò che lo circonda. Prigogine chiamo’ queste nuove
strutture dinamiche “ dissipative” per sottolineare il ruolo
di scelta tra situazioni di incertezza che generano “biforcazioni”
in seno allo sviluppo energetico, cosi da fornire alternative capaci
di dare luogo a processi altamente dissipativi di energia che nella
loro formazione sviluppano un nuovo ordina molecolare a partire dal
caos delle decomposizione dei reagenti iniziali di una reazione
chimica che li trasforma in nuovi prodotti. Pertanto nei sistemi
lontani dall'equilibrio le “strutture dissipative” originano
dalle esitazioni che il sistema manifesta in prossimità di un nodo di
biforcazione, cosi’che osserviamo che la’ dove la fluttuazione è
massima , nessuna delle possibili evoluzioni è privilegiata rispetto
alle altre. In questi casi la legge della simmetria
dei grandi numeri è definitivamente rotta ed il principio di ordine di
Boltzman perde il suo rigore scientifico. Una fluttuazione
impercettibile attorno al punto di biforcazione è infatti in grado di
innescare meccanismi di evoluzione che instradano l'intero sviluppo di
trasformazione generando un nuovo ordine molecolare
Con l'introduzione del concetto di entropia
negativa, chiamata da LEON BRILLOUIN (1889-1969) “nega-entropia”,
Brillouin volle porre in risalto come quest'ultima fosse correlata
alla produzione e comunicazione di informazione. Infatti disse: “quello
che ancora abbiamo bisogno di sapere e’ come una molecola in una
trasformazione bio-chimica diventi un messaggio ovvero un segnale di
informazione”, e cio e’ decisamente importante proprio in quanto
“vita e comunicazione di informazione” sono concetti
inseparabili. La negazione dell’ entropia nei sistemi aperti a scambi
di energie e materia e’ un processo che conduce alla qualificazione di
forme di energia a piu basso contenuto entropico ed in tal modo si
ottiene il risultato di una maggior efficacia energetica, che non
rappresenta di per se stessa un risparmio di energia, ma al contrario
provoca una forte dissipazione di calore come diviene necessario per
una effettiva crescita della complessita’ biologica che si sviluppa in
parallelo ad una crescita di informazione per la gestione di sistemi
evolutivi complessi.
Un esempio delle
relazione tra complessita e qualificazione delle energia a piu basso
tasso entropico lo abbiamo , considerando la sintesi biologica del
ciclo di Krebs, che conduce alla formazione della molecola ATP (Adenosina
trifosfato) la quale costituisce la base della energia bio-elettrica
dei sistemi viventi. Infatti dalla rottura del triplo legame
fosforico si ottiene la liberazione di un doppietto di elettroni che
determinano, a cascata, tutta una serie di reazioni catalitiche di
natura bio-elettrica che hanno un rendimento elevato in informazione a
spese di una elevata dispersione di calore. In seguito a simili
considerazioni , con il suo libro Leon Brillouin, “Science and
Information Theory”, Second Edition, Academic Press, (1962), inizio’
un nuovo capitolo della Scienza.
Il successivo
sviluppo della moderna “ Teoria della Informazione” ha comunque
trattato la informazione in termini statistici di un ente "immateriale”
concettualmente privo sia di energia e di massa, trattando il
concetto di “entropia” nel quadro di una nuova disciplina l’
INFORMATICA , nettamente separata dalla fisica termodinamica. In
tal guisa si e dato adito ad più di una possibile definizione di
Entropia, poichè essa può essere presentata sotto vari aspetti
(termodinamico, statistico-probabilistico, informatico, ecc). In
seguito a tale molteplicita di definizioni la “ ENTROPIA RELATIVA
DI SHANNON” e stata presa in considerazione sotto il profilo
delle nuove discipline delle cibernetica e della informatica .Pertanto
la formulazione della “Entropia Relativa”, che si deve a
Shannon,
prende le mosse dall’osservazione che "La natura dell’informazione
è discreta". Inizialmente si riteneva che il
problema, nei sistemi di telecomunicazione, fosse quello di riprodurre
fedelmente una funzione continua nel tempo. Invece, con Shannon,
ci si accorse che, essendo l’informazione il frutto di una
fondamentale selezione della energia vibrazionale coinvolta ,
risultava sufficiente trasmettere un insieme finito di dati per avere
la comunicazione dello stesso contenuto informativo. Pertanto Shannon
affermo che , "ogni volta che elaboriamo dei dati, diminuiamo la
quantità di informazione per estrarne il significato". Il problema
che restava, comunque, aperto, era relativo all’interpretazione
dell’informazione come energia. Di conseguenza la “ENTROPIA RELATIVA
DI SHANNON” tratta solo di un calcolo statistico relativo alla
perdita di entita’ di dati di informazione, quest’ultimi sono visti
come fattori numerici discreti esprimibili in bit , anziche’ come una
funzione continua nel tempo come e’ la entropia in termodinamica. Tale
approccio di Claude E. Shannon fu descritto (1948) nel quadro
delle teorie matematiche della comunicazione , quale concetto
decisamente importante per comprendere la perdita di informazione
nella trasmissione tecnologica di segnali che utilizzano un codice
binario. Infatti ad ogni trasmissione di dati attraverso un mezzo o
canale di connessione mutuamente reversibile , si verifica una
diminuzione della quantita’ di dati di informazione emessa dalla
sorgente. Cio che unisce la Entropia Relativa di Shannon e quella
Termodinamica classica e solo il rendimento e cioe’ il differenziale
tra valori assoluti , e non il valore cognitivo intrinseco alla
natura fisica dei sistemi naturali che si evolvono sulla base della
comunicazione biologica informazione .Pertanto restava aperto il
problema precedentemente emerso con Leon Brillouin circa l’
interpretazione fisica della informazione. Rendendosi conto di tale
dissociazione tra Fisica e la nuova Teoria della Informazione lo
stesso Shannon scrisse in proposito del nome da dare alla nuova
formulazione matematica : «La mia più grande preoccupazione era
come chiamarla. Pensavo di chiamarla informazione,
ma la parola era fin troppo usata, così decisi di chiamarla incertezza.
Quando discussi della cosa con John Von Neumann, lui ebbe un'idea
migliore. Mi disse che avrei dovuto chiamarla “entropia” , per due
motivi: "Innanzitutto, la tua funzione d'incertezza è già nota nella
meccanica statistica con quel nome. In secondo luogo, e più
significativamente, nessuno sa cosa sia con certezza l'entropia, così
in una discussione sarai sempre in vantaggio"» In tal modo si
comprende come il passaggio dalla società industriale alla Societa
della Informazione , abbia sostanzialmente evitato un
approfondimento integrato delle conoscenze scientifiche , procedendo
verso una sempre piu’ ampia e specializzazione mirata allo sviluppo
tecnologico piu’ che alle strategie di comprensione della natura delle
trasformazioni sulla base di una finalita’ tesa alla comprensione
universale e condivisa dei problemi di sviluppo del sapere.
Questa nuova dimensione integrata e trans-disciplinare di interesse
sulla realtà fisica e biologica della informazione , emerge solo oggi
agli inizi della “Società della Conoscenza” in cui stiamo
vivendo . Pertanto e oggi il momento storicamente adatto per capire
la informazione vista in termini di energia di elevata qualità che
quindi corrisponde ad un a basso gradiente entropico, cosi che l’
energia di informazione diviene la base delle effettive capacita’ di
comunicazione della natura, a partire dalle strutture atomiche e
molecolari, fino ad costruire la complessità biologica degli
organismi piu evoluti ivi compreso l’ uomo.
Per
definire la Informazione come nuovo parametro energetico e’
necessario capire , come ha evidenziato lo storico e filosofo delle
scienza Thomas Kuhn ( 1922- 96) , che la scienza non ha un
carattere sequenziale, ma sviluppa storicamente nuovi paradigmi
basati sulla necessita’ di introdurre nuovi concetti che permettano il
superamento delle precedenti logiche riduttive della scienza. Cosi e
stato per la Termodinamica classica che con Clausius introdusse il
nuovo concetto di Entropia , che evidentemente non era derivabile
dalle precedente impostazione della meccanica di Newton , la quale
non presumeva la necessita di stabilire che la energia pur
conservandosi si andava degradando facendo diminuire la efficienza di
un motore.
Allo stesso modo oggi prendendo in
considerazione i piu recenti sviluppi delle scienze della vita,
abbiamo ritenuto opportuno ed appropriato annoverare l’ energia di
informazione (EI) tra le principali forme di energia che
vanno sommarsi a quelle codificabili Energia Condensata come Materia
(EM) e quella derivante dall’intero spettro vibrazionale
(EV) , cosi da manterene valido quanto propose il chimico
Antonine Laurent Lavoisier (1743
-1794)
dicendo : “Nulla si distrugge, tutto si trasforma".
Pertanto addizionando tali tre forme
distinte di Energia possiamo mantenere l’ assioma fondamentale
della Scienza di tutti i tempi basato sulla conservazione della
Energia Totale, scrivendo : < EI +EM + EV = Costante> ; di
conseguenza datosi che le variazioni (d) di una qualsiasi costante
sono nulle , l’ equazione precedente diviene <<d(EI) + d(EM) + d
(EV) = 0>> . Da essa possiamo ricavare la seguente definizione
<+ d(EI ) = - d(EM) – d (EV) >, che abbiamo definito come
PRINCIPIO di FERTILITA EVOLUTIVA. (PFE)
Il Principio di Fertilità Evolutiva (PFE),
consegue alla ammissione che la energia non si crea ne si distrugge,
ma si trasforma in senso evolutivo. Infatti il “PFE” in sintesi
dice che, all'aumentare della elaborazione di informazione (+dI)
interattiva , in corrispondenza si ha una forte dispersione delle
Energie differentemente codificate. Pertanto lo stato di massima
entropia, riletto nel quadro del “PFE”, indica che con l’aumento di
Entropia viene diminuita l'energia del sistema disponibile per
compiere lavoro, ma inoltre il “PFE” pronostica in che modo la
energia non viene distrutta ma si e trasformata. Infatti in gran parte
la energia viene dispersa nell’ ambiente al fine di permettere il
raggiungimento di una nuova condizione di minimo energetico nelle
trasformazioni, mentre un’altra parte (EI) modifica il suo strato di
codificazione in quello di Energia di Informazione , elevando
progressivamente il suo livello di qualita’ NEG-ENTROPICA per
regolare la complessita’ della vita.
Questa formulazione del “PFE” e’ qui riportata nel modo piu’
semplice ed intuitivo in quanto fa parte integrante di una teoria
alquanto complessa , ed infatti introducendo le formulazioni ed i
valori relativi ai tre fattori (E,M,I) essi vengono ad essere
rappresentati da dei tensori tri-varianti anziche’ da semplici matrici
bi-varianti , con cui si trattano le interazioni tra Energia e Materia
. Quanto sopra diviene necessario proprio in quanto
va presa in considerazione la produzione di Energia di Informazione
(EI) che sulla base delle nella ciclicità delle trasformazioni di
un sisteme aperto a scambi di energia e materia , permette la
evoluzione della complessita’ degli esseri viventi guidata dalla
generazione della codificazione della energia in un sistema di informazione.
Pertanto la suddetta equazione relativa al
“PFE” , nella sua teorizzazione piu completa, implica la
organizzazione di una forma di energia altamente qualificata come
prodotto delle interattivita’ tra EM ed EV , e pertanto tende ad
assumere una dinamica di sviluppo che graficamente diviene simile
alla forma tipica della antica raffigurazione alchemica cinese dello
“YIN-YANG” ( risalente 200 – 300 dC). Ricordo infine che tale
antico simbolismo alchemico rappresenta la concezione della continua
ricomposizione oscillante delle energie generata dalla cosi detta
legge di “Opposizione//Interdipendenza relativa dei contrari
”, per cui i tratti negativi si riconvertono in positivi in modo
ciclico e reversibile, cosi che Lo Yin e lo Yang possono trasformarsi
reciprocamente l'uno nell'altro proprio in quanto non sussistono mai
lo Yin e lo Yang come valori assoluti. L'equilibrio statico NON
esiste: se ciò fosse non vi sarebbe nessuna evoluzione. Infatti
fin dalla antica alchimia cinese si ritenne che lo scopo della vita
fosse intrinseco alla necessita di adeguarsi ad un continuo
miglioramento delle perenni trasformazioni ambientali, come era gia
allora evidente sulla base delle osservazioni di cambiamenti
energetici dell’ ambiente nel quale i sistemi si riproducono
rispondendo alle cadenze ritmiche generate dalle interazioni
evolutive tra energia e materia poiche ‘ la vita ha un perenne
bisogno di riciclarsi e di rigenerarsi per creare dinamiche di
sviluppo evolutivo.
Concludendo questa relazione divulgativa ritengo veramente che una
nuova ERA di ricerca nel settore delle scienze della vita possa solo
emergere da un cosciente superamento dei limiti storico - cognitivi
delle concezioni meccaniche , che gia progressivamente stanno
evolvendosi come e’ stato ampiamente delineato da questa relazione
tesa ad individuare la dimensione della comunicazione di informazione
nello sviluppo delle nuove conoscenze propedeutiche del passaggio
tra la societa’ industriale e la futura società orientata dal quadro
dei piu recenti sviluppi delle scienze della vita.
