Le Classi di Wolfram-Langton (seconda parte)

Christopher ‘Chris’ Langton è stato uno dei principali pionieri della complessità. A lui si deve lo sviluppo di un’intera branca della disciplina, la Vita Artificiale, e di uno dei concetti fondamentali, quello di margine del caos.

Il percorso di studi e di vita che porterà Langton al concetto di margine del caos è un percorso… al margine del caos. Per questo, vale la pena di ripercorrerlo brevemente.

Langton nasce il 30 novembre 1948 da una famiglia di progressisti, pacifisti e antirazzisti. Da adolescente è un “sessantottino” ante litteram, un tipico hippy, anticonformista, capellone; i genitori se lo portano a tutte le manifestazioni contro la guerra del Vietnam a cui partecipano. In un’occasione viene arrestato insieme ad altri manifestanti.

Nel 1966 finisce le superiori; in quello stesso anno ha inizio il suo travagliato cammino universitario, che durerà ben quattordici anni.

Il 5 agosto 1975 precipita con il deltaplano. Oltre al collasso di un polmone, si frattura 35 ossa, tra cui braccia e gambe, quasi tutte le costole, un ginocchio, la mandibola, gli zigomi e lo sfenoide. Per i primi sei mesi rimane quasi tutto il tempo disteso, supino, in trazione e con la mascella bloccata dal fil di ferro. Entro la fine dell’anno viene sottoposto ai primi 14 interventi chirurgici; dovrà subirne molti altri nei mesi a seguire.

Chris Langton

Durante l’ultimo anno di Università, capisce che il suo più grande desiderio nella vita è studiare come i meccanismi dell’evoluzione naturale possano applicarsi alle informazioni digitali e alla computazione. In quello stesso periodo, comincia a riferirsi a questo tipo di ricerche usando l’espressione Vita Artificiale.

Nel 1982 riesce a farsi ammettere come dottore di ricerca presso l’Università del Michigan. Anche quest’esperienza si dimostra travagliata: Langton discute la sua tesi di dottorato nel 1990, pochi giorni prima di compiere 42 anni.

A metà degli anni Ottanta, mentre sistematicamente sottrae tempo alla tesi di dottorato per dedicarsi alla nascente disciplina della Vita Artificiale, Langton si imbatte nelle Classi di Wolfram e ne rimane affascinato.

Langton scrive un programma grazie al quale riproduce gli stessi automi cellulari studiati da Wolfram. In effetti non scopre nulla che non avesse già scoperto Wolfram. Allora qual è l’apporto di Langton?

Prima di tutto, ricreando gli automi cellulari con un programma scritto di suo pugno, Langton si rende conto che è possibile riprodurre i comportamenti classificati da Wolfram semplicemente modificando il valore di un parametro che sembra regolare il grado di disordine con cui evolve il sistema. Partendo da un valore del parametro prossimo allo zero, e poi aumentandolo progressivamente, Langton vede con i suoi occhi che gli automi cellulari attraversano tutte le Classi, però in una successione diversa da quella di Wolfram:

I > II > IV > III

Langton accorpa le Classi I e II, ritenendo trascurabili le differenze tra le due, e chiama ordine la Classe così unificata; chiama caos la Classe III. Resta il problema di come chiamare la Classe intermedia. In quel periodo circolano svariate espressioni, molte escogitate da Langton stesso, qualcuna da altri studiosi; dopo averne provate diverse, Langton si convince che la migliore è “margine (edge) del caos”.

Il secondo contributo di Langton è quello di immaginare il passaggio dall’ordine al caos come una transizione di fase. Così facendo, ricorre a un’analogia a cui era giunto – indipendentemente da Langton – anche il fisico Norman Packard, che va ricordato tra le altre cose per essere stato il primo autore a usare l’espressione “margine del caos” in una pubblicazione scientifica. Secondo Langton e Packard, la transizione

ORDINE > MARGINE DEL CAOS > CAOS

è del tutto analoga alla seguente:

SOLIDO > TRANSIZIONE DI FASE > FLUIDO.

Ripensare il mondo in termini di analogie è molto stimolante per Langton. Si ritrova a pensare che molti fenomeni abbiano caratteristiche analoghe a quelle degli automi cellulari di Classe IV, ovvero che evolvano in modo adattivo, creativo, flessibile; tra questi fenomeni include: l’intelligenza umana, l’Intelligenza Artificiale, la vita stessa. Secondo Langton, le proprietà di tali fenomeni dipendono dal loro trovarsi in una sottile regione a metà strada tra l’eccesso di staticità e l’eccesso di disorganizzazione; in un certo senso sono dunque fenomeni di natura processuale analoghi all’acqua: più dinamica del ghiaccio ma meno fluida del vapore.

A dire il vero Langton non è stato il primo ad avere questa intuizione. Tra gli studiosi di cibernetica circola da anni l’idea che la vita e la mente siano fenomeni legati all’auto-organizzazione; e che l’auto-organizzazione sia una condizione intermedia tra quella dei sistemi la cui organizzazione è imposta dall’esterno (per esempio macchinari progettati per uno scopo) e quella dei sistemi del tutto privi di organizzazione (sistemi casuali; sistemi indeterministici).

Henri Atlan

Pensiamo per esempio al medico e biofisico Henri Atlan, uno dei massimi rappresentanti della cibernetica di seconda generazione. Atlan assegna alla sua opera più famosa, data alle stampe nel 1979, il titolo: “Tra il cristallo e il fumo”. L’autore spiega così questa scelta: le organizzazioni dinamiche dei sistemi naturali appaiono «come un compromesso tra due estremi: un ordine ripetitivo perfettamente simmetrico di cui i cristalli rappresentano il modello fisico più classico, e una varietà infinitamente complessa ed imprevedibile nei suoi dettagli, come quella delle forme evanescenti del fumo».

Tra la rigidità del cristallo e l’evanescenza del fumo, Atlan pone anche l’organizzazione psichica e le organizzazioni sociali; con l’avvertenza esplicita che applicare il concetto di auto-organizzazione alla psiche e ai sistemi sociali significa elaborare delle teorie e delle ipotesi ad hoc ed è dunque operazione ben diversa dal decidere di estendere a tali organizzazioni «i risultati delle analisi dei sistemi naturali tramite pura e semplice trasposizione analogica». Da questo punto di vista, Langton sembra quasi fare un passo indietro adottando, anni dopo, quella che Atlan chiama la “semplice trasposizione analogica”.

Ben prima che Langton sviluppasse le sue analogie, Atlan e gli altri studiosi di cibernetica avevano capito che il disordine può avere una valenza positiva. Ci vuole un certo grado di rumore e di ambiguità affinché i sistemi possano generare informazioni e auto-organizzarsi. Un eccesso di ordine impedisce qualunque creatività e rende i sistemi incapaci di adattarsi ad ambienti mutevoli.

Heinz von Foerster

Heinz von Foerster, il fondatore della cibernetica di secondo ordine, già nel lontano 1959 scriveva: «io penso che sia favorevole avere un po’ di rumore nel sistema. Se un sistema si congela in uno stato particolare, allora non è adattivo, e questo stato finale potrebbe essere del tutto sbagliato. Sarà incapace di adattarsi a qualsiasi situazione che potrebbe anche rivelarsi più appropriata».

Tuttavia nessuno, prima di Langton, aveva abbandonato la prospettiva tradizionale secondo cui il disordine “viene prima” dell’ordine. In tutte le cosmogonie che hanno influenzato la cultura occidentale, il cosmo viene fuori da una situazione antecedente di caos primigenio. Dal filosofo presocratico Anassàgora allo studioso di reti Stuart Kauffman, passando da von Foerster e da Atlan, tutti hanno sempre condiviso la stessa percezione del problema: in un universo naturalmente disordinato, in cui l’entropia aumenta sempre, il mistero da spiegare è come sia possibile che, anche senza l’intervento umano, venga fuori qualcosa di ordinato e organizzato.

Il terzo merito di Langton è ridefinire i termini della questione. Nella visione di Langton, l’universo è un luogo fondamentalmente ordinato e noioso, governato dalle leggi della fisica e della chimica. Solo laddove c’è una certa dose di disordine, i sistemi diventano più vivaci e interessanti. Fanno capolino i sistemi biologici, la psiche e i sistemi sociali. Se però il disordine è troppo, i sistemi cessano di essere sofisticati e affascinanti: “impazziscono”, si disorganizzano.

Abbandonare la sequenza tradizionale (in tutte le sue versioni: cosmo dal caos, ordine dal disordine, ordine dal rumore, ecc.) a favore della nuova successione sembra un cambiamento di poco conto, ma a volte – come ci insegnano gli studiosi dell’effetto farfalla – una piccola variazione a monte può avere enormi conseguenze a valle; e questa è una di quelle volte, come vedremo meglio quando costruiremo il Modello di Klein-Wolfram-Langton.

Concludiamo l’esame dell’apporto di Langton con il suo quarto e più importante contributo: l’ipotesi secondo cui ordine, margine del caos e caos siano una classificazione universale dei comportamenti evolutivi. Dobbiamo infatti ricordare che questi regimi dinamici si applicano, a rigore, solo agli automi cellulari; la generalizzazione ad altri sistemi, si è detto, è una semplice analogia. L’Ipotesi di Langton supera questo limite. Langton si convince che quelle inizialmente introdotte come analogie, in realtà non siano tali. In poche parole: qualsiasi sistema dinamico, che sia complicato o complesso, che sia di natura sostanziale o processuale, secondo l’ipotesi di Langton può evolvere in modo ordinato, caotico oppure al margine del caos.

Riassumendo e concludendo: Wolfram classifica i regimi dinamici degli automi cellulari in quattro Classi, Langton riduce le Classi di Wolfram a tre, ma le generalizza a tutti i sistemi dinamici. Quello che faremo noi è ripristinare la divisione in quattro Classi, ma adottando l’Ipotesi di Langton. Da questa operazione, viene fuori il sistema di classificazione che chiamiamo Classi di Wolfram-Langton:

Ognuno di questi quattro regimi dinamici ha vantaggi e svantaggi e può essere funzionale o disfunzionale a seconda delle condizioni ambientali. Per esempio, se un sistema si trova in un ambiente estremamente mutevole, adottare un regime dinamico rigido e ripetitivo risulterà certamente disfunzionale e disadattivo. Ma vale anche il contrario: approcciare problemi semplici e lineari con troppa immaginazione e creatività può rivelarsi altrettanto inadeguato.

Le Classi di Wolfram-Langton (seconda parte)

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