(Francesco Sacchetti)

E' ovvio che se ci si limita a definire, in modo semplificato, la comunicazione come quel processo che permette lo scambio di informazioni fra esseri umani, il numero di forme di comunicazione risulta molto ridotto. Tuttavia è normalmente accettato che vi siano delle forme di comunicazione anche fra animali. E' anche evidente che una più estesa definizione del termine comunicazione potrebbe essere lo scambio di informazioni fra esseri senzìenti. Come sempre accade quando si tenta di dare definizioni estese aumenta il numero di possibilità che non sono state considerate originariamente. Ad esempio, al limite del paradosso, se si definisse l'Uomo come un bipede implume, ci si troverebbe di fronte al fatto che un pollo spennato è un uomo!

E' pertanto evidente che deve essere ben chiaro cosa sia un essere senziente affinché la definizione data sia utilizzabile. Il termine senziente potrebbe essere sostituito con vivente, ma anche in tal caso non sarebbe facile trovare una semplice definizione: è vivente un virus? Sono tali certi acidi nucleici che hanno capacità di replica (riproduzione)? Come si vede da questi esempi una definizione estesa del temine comunicazione ci porta ad una sorta di contìnuità fra lo scambio di informazioni fra esseri umani e uno scambio di informazioni che si ha in una reazione chimica fra acidi nucleici.

Da qui a vedere una forma di comunicazione in ogni processo fisico che dia luogo ad una scambio di informazioni a distanza fra enti che siano animati o meno il passo è relativamente breve. Se si accetta una simile accezione del termine comunicazione può essere interessante rivisitare alcuni fenomeni naturali esaminandoli da questo nuovo punto di vista. Quest'esercizio può essere un po' accademico e, difficilmente, è di qualche utilità per lo studio della natura e dei suoi meccanismi, tuttavia può essere di qualche interesse nel discutere il concetto stesso di comunicazione. Il giorno che si dovesse venire in contatto con esseri di un altro mondo (se esistono), non ci si potrà limitare ad usare il concetto di comunicazione così come ci viene dal suo uso quotidiano, ma potremmo essere costretti ad impiegarlo nelle sue forme più estese ed imprevedibili. In realtà una simile situazione si è già verificata: quando siamo entrati in contatto con i batteri, prima, e con i virus, poi, abbiamo dovuto affrontare un nuovo mondo che, lentamente, ha costretto l'umanità a cambiare molti punti di vista che erano considerati acquisiti.

Come descritto nel paragrafo precedente, si può assumere che la comunicazione sia equivalente allo scambio di informazioni a distanza fra due enti dotati di dinamica propria. In un linguaggio tipico della fisica si può dire che la comunicazione è lo scambio di informazioni fra due osservatori (non necessariamente animati) che si trovano in due punti diversi dello spazio. Nel mondo fisico la comunicazione fra due osservatori dà sempre luogo a una successione di eventi, anzi tutto l'Universo fisico nella sua infinita complessità è un continuo scambio di informazioni fra osservatori, come avremo modo di osservare nel seguito.

E' possibile fare alcuni esempi che ci mostrano il mondo fisico come un complesso organismo in cui poche funzioni fondamentali si diversificano fino a mostrarsi così come noi lo vediamo, cioè un insieme sconfinato di fenomeni anche estremamente complessi.

Per vedere il mondo fisico in questo modo si può partire da un esempio semplice che, sebbene non sia direttamente accessibile nel nostro mondo quotidiano, è in qualche modo continuamente sotto i nostri occhi. La presenza della Luna ed il suo moto è qualcosa che è nel nostro vivere quotidiano. Tutti noi abbiamo imparato che la Luna è il satellite naturale del pianeta su cui viviamo. Fin dai tempi della rivoluzione Copernicana quando si passò da una concezione geocentrica, con la Terra al centro dell'Universo, ad una più moderna, si è stabilito che la Luna segue un'orbita quasi circolare attorno al nostro pianeta. Quest'orbita è il risultato di un equilibrio fra la forza di attrazione gravitazionale della Terra (la forza gravitazionale è in realtà una forza mutua fra i due corpi, Terra e Luna) e la tendenza della Luna a sfuggire a causa della forza centrifuga presente nel suo moto circolare. Questa è la descrizione che, salvo qualche necessaria precisazione, darebbe il fisico del moto della Luna attorno alla Terra. Il tutto potrebbe essere descritto con delle appropriate equazioni che darebbero la veste matematica e che permetterebbero di prevedere in modo accuratissimo tutti i dettagli del movimento della Luna intorno alla Terra, mentre quest'ultima orbita intorno al Sole. Tuttavia si può esaminare il processo in modo diverso. La Terra è una sorgente di forza gravitazionale, vale a dire essa produce nello spazio circostante un campo gravitazionale. Quest'ultimo può essere visto come una sorta di fluido (senza consistenza materiale) che riempie lo spazio. In questo modo la Terra invia, in ogni direzione, l'informazione della sua presenza ad ogni oggetto sensibile all'interazione gravitazionale (per quanto se ne sa ogni oggetto esistente nell'Universo è sensibile a questa forza). La Luna, passando nello spazio che circonda la Terra, riceve questa informazione e si comporta di conseguenza seguendo la sua orbita. In realtà anche la Luna produce il suo campo gravitazionale, questa informazione giunge sulla Terra ma, vista la differenza delle masse l'effetto prodotto sull'orbita di quest'ultima è molto piccolo. Tuttavia l'informazione gravitazionale è più complessa di come detto. Il campo gravitazionale è un fluido che riempie tutto lo spazio ma è più tenue se si è più lontani dalla sua sorgente. Si ha così che sia sulla Luna che sulla Terra l'intensità della forza gravitazionale sia più forte dal lato che si affaccia fra i due corpi che dal lato opposto. Questo fatto dà luogo sulla Terra al fenomeno delle maree e sulla Luna produce degli sforzi sulle sue rocce, tanto che se il nostro satellite fosse molto più vicino potrebbe arrivare a frantumarsi, cosa che in un lontano futuro avverrà poiché questi sforzi interni alle rocce lunari tendono a rallentarne il moto, come conseguenza vi è un lento e continuo avvicinamento della Luna alla Terra (è opportuno però sottolineare che a tale conclusione teorica si perverrebbe in un quadro semplificato rispetto a quello reale, avendo cioè riguardo soltanto alle interazioni tra i due corpi Terra e Luna, senza tenere conto degli altri oggetti presenti nel sistema solare).

Come si vede possiamo pensare che tra Terra e Luna nel loro continuo moto vi sia un complesso scambio di informazioni che dà luogo a vari fenomeni.

Può essere utile riesaminare alcuni fenomeni del mondo fisico con lo stesso procedimento usato per esaminare l'orbita lunare.

Allo scopo di procedere con un ordine logico si esaminerà il mondo fisico, così come è oggi interpretato, procedendo dalla scala del mondo microscopico fino alla scala cosmologica. Va precisato che la discussione si manterrà ad un livello qualitativo, esprimendo talvolta quelli che sono i punti di vista dell'autore su argomenti che, per essere trattati con rigore, necessitano di un notevole bagaglio di conoscenze matematiche. Il procedimento formale, tuttavia, sebbene sia l'unico che permetta di avere risultati quantitativi, non consente in modo semplice la costruzione di modelli mentali che sono di grande utilità per un discorso di carattere generale che permetta la visione del processo scientifico come un processo culturale. Va comunque evidenziato che senza l'aspetto tecnico-matematico i grandi progressi tecnologici indotti dalla ricerca scientifica non sarebbero stati possibili.

Fin dalla più lontana antichità si è pensato che potesse essere possibile descrivere l'intera natura come l'insieme delle combinazioni di opportuni mattoni base. Questa visione filosofica pervade tutt'oggi la scienza e le sue conseguenze, grazie anche agli incredibili successi ottenuti, sono universalmente accettate.

E' evidente però che il mondo sulla scala di distanze che sono un miliardo di miliardi più piccole di quelle della nostra esperienza quotidiana non può essere molto simile a quello che conosciamo. Su questa scala il concetto esteso di comunicazione diviene un elemento senza il quale non è possibile procedere. Gli oggetti ultra-microscopici che si incontrano all'interno degli atomi e all'interno dei nuclei e, più in giù, all'interno dei costituenti di questi ultimi, non hanno più le caratteristiche che noi attribuiamo ai corpi solidi macroscopici. Nel mondo microscopico ogni oggetto va visto come l'insieme delle interazioni (o le forze) che produce ed a cui è sensibile, cioè dei campi con cui riempie lo spazio circostante. Non siamo in grado di attribuire altro livello di esistenza agli oggetti del mondo microscopico. Quindi noi (di fatto i nostri strumenti che ci permettono di osservarli) li osserviamo per mezzo delle informazioni che ci comunicano. Da questa frase emerge naturalmente la presenza di una forma di comunicazione fra gli oggetti dello studio e lo scienziato che lo effettua.

Se si parte dall'oggetto microscopico più semplice (si fa per dire) che si conosca vale a dire l'elettrone, possiamo osservare che esso riempie lo spazio circostante, ad esempio, con il suo campo elettrico. Se facciamo avvicinare un altro elettrone (che ovviamente viene respinto come sempre succede a cariche elettriche dello stesso tipo) osserviamo che i due comunicano la loro presenza fra di loro con questo campo elettrico ed avvicinandoli si comportano esattamente come se fossero punti geometrici ideali. Sebbene questo comportamento renda estremamente complessa la teoria che descrive questi fenomeni e, per molti versi, ripugni al fisico, che ha difficoltà ad accettare un oggetto senza dimensioni, a tutt'oggi non è possibile aggiungere altro,

E' interessante osservare che gli elettroni hanno varie forme di comunicazione a distanza, alcune piuttosto curiose e che non trovano equivalente nel mondo macroscopico. Va ricordato che ogni elettrone è portatore di un movimento locale simile alla rotazione di una sfera intorno al suo asse. Questo movimento, detto spin, è da intendersi localizzato nel punto in cui si trova l'elettrone, che come detto, è virtualmente puntiforme. Tuttavia si osserva che due elettroni che abbiano la rotazione lungo lo stesso asse e nella stessa direzione hanno molta maggiore difficoltà ad avvicinarsi di due elettroni che lo abbiano diverso. In altri termini ogni elettrone comunica ai suoi simili in quale modo stia ruotando, in modo che quelli dello stesso tipo siano scoraggiati dall'avvicinarsi. Questo curioso meccanismo è estremamente importante poiché è largamente responsabile della coesione nella materia, In realtà la situazione è molto più complessa di quella descritta, ma le linee più importanti sono quelle indicate.

Non diversa è la situazione che si incontra all'interno dei costituenti dei nuclei atomici, dove neutroni e protoni si legano riempiendo lo spazio circostante con la cosiddetta interazione forte. I costituenti del nucleo atomico, neutroni e protoni, sono a loro volta composti da tre oggetti più piccoli detti quark. I quark comunicano fra di loro tramite dei campi particolari, ma la loro caratteristica più sorprendente è che possono viaggiare solo a teme legate, in questo caso si è di fronte ad una forma di comunicazione complessa che è essenziale per rendere il mondo così' come lo conosciamo.

Su una scala molto più grande, vale a dire quella degli atomi, si ha che il campo elettrico prodotto dal nucleo atomico riempie lo spazio, così come il campo gravitazionale della Terra riempie lo spazio dove orbita la Luna, e gli elettroni vi viaggiano, comunicando fra di loro le caratteristiche del loro spin.

Visto in questo modo il mondo microscopico appare molto simile al nostro mondo pieno di comunicazioni con i più disparati mezzi. Anche i costituenti ultimi della materia sono in continuo contatto fra di loro e questo contatto è, per essi e per la materia stessa, importante almeno quanto le comunicazioni sono importanti per l'esistenza della società umana.

E' opportuno ricordare anche un altro modo con cui vengono descritte le interazioni fra i corpi microscopici. Per descrivere questo punto di vista si può impiegare il seguente esempio: se immaginiamo due corridori che corrano lungo linee parallele scambiandosi con forza una palla, la spinta della palla stessa tenderà ad allontanare i due corridori. Questo esempio macroscopico ci permette di introdurre un analogo microscopico che è estremamente utile per una descrizione delle interazioni, cioè delle comunicazioni nel mondo microscopico, senza ricorrere al riempimento dello spazio con quel fluido inconsistente che è il campo. Si assume che ogni interazione sia portata da un opportuno portatore (in pratica una particella con delle caratteristiche specifiche), come è la palla nel caso dei corridori. Tale portatore, a differenza della palla che ha una sua esistenza anche in assenza dei corridori, viene prodotto dalle particelle che si trovano nello spazio o viene da essi assorbito qualora sia già presente. Si ha quindi un meccanismo più complesso che permette di descrivere sia le attrazioni che le repulsioni fra le particelle. In questo modo le interazioni sono vere comunicazioni in cui ogni partecipante trasmette o riceve informazioni dagli altri e si comporta di conseguenza. L'unica differenza che sembra esservi rispetto al nostro mondo è che le particelle del mondo microscopico non sembrano avere libero arbitrio ed il loro comportamento sembra essere deciso da leggi immutabili.

Ovviamente, passando dal mondo delle particelle elementari a quello degli atomi ed in su, si potrebbero esaminare infiniti fenomeni che sono forme di comunicazione più o meno complessa. Nella scala umana sono poi numerose le forme che tutti noi saremmo in grado di riconoscere.

Nel presente contesto si vogliono mettere in evidenza solo alcuni esempi che sono particolarmente interessanti e lontani dalla comunicazione tradizionale fra esseri umani.

Nella materia condensata, cioè non costituita da atomi lontani, si incontrano molti fenomeni che vanno sotto l'unica denominazione di transizioni di fase. Uno dei più comuni casi di transizione di fase è il passaggio di una sostanza dallo stato solido allo stato liquido. Questo fenomeno è ben noto in quanto può essere facilmente osservato da tutti. Tuttavia è più interessante discutere il processo inverso. Quando un liquido puro, ad esempio acqua, viene lentamente raffreddato esso mantiene il suo stato anche al di sotto della temperatura di fusione del ghiaccio. Questo fenomeno è detto di sottoraffreddamento. Il liquido non riesce a rendersi conto che, a quella temperatura, è preferibile che stia allo stato solido e continua a rimanere in uno stato fluido. Tuttavia se una piccola perturbazione favorisce la formazione del primo cristallo microscopico di ghiaccio si ha una trasformazione istantanea di tutto il liquido alla fase solida. In un altro linguaggio, il primo cristallino di ghiaccio comunica al resto del liquido la sua esistenza e si ha la conseguente trasformazione.

Esistono molti tipi di trasformazioni di fase, alcune delle quali con caratteristiche particolarissime, ma tutte hanno la proprietà di tenere in continua comunicazione tutte le parti che compongono il corpo che subisce, o è prossimo a subire, la trasformazione. Esistono, ad esempio, leghe metalliche particolari che, ad una certa temperatura, subiscono una transizione di fase che modifica la disposizione degli atomi (trasformazioni di questo tipo sono dette strutturali). Alcuni di questi sistemi possono essere foggiati in forme diverse nelle due fasi e queste forme vengono acquistate a seconda della temperatura (memoria di forma). Questo è un caso in cui tutti gli atomi hanno memoria della loro posizione alle due temperature e la comunicano agli atomi vicini in modo da disporsi secondo la forma macroscopica che era stata originalmente stabilita con un'appropriata procedura.

Un altro tipo di comunicazione vicino alla scala umana e introdotta dall'Uomo è quella che avviene tra i componenti del computer per mezzo del quale può essere scritto un testo come il presente. Il computer è costituito da una miriade di componenti piccolissimi ma ha la capacità di comunicare con il mondo umano. La tastiera consente di inviare al processore (così è detto l'elemento centrale del computer che presiede a tutte le operazioni) le informazioni che vogliamo immettere nella sua memoria e lo schermo consente di esaminare le informazioni che nella memoria sono contenute. Il sistema permette di effettuare lo spostamento e l'analisi di queste informazioni a grande velocità poiché tutti i suoi componenti sono in grado di comunicare fra di loro e con il mondo esterno. Il computer si comporta come una grande metropoli dove vi è un centro di controllo delle attività (potremmo dire la City) ed infiniti magazzini, centri di produzione e smistamento ed infine un sistema di raccolta delle richieste e distribuzione dei prodotti. Ovviamente questa analogia non può essere perfetta, ma molti sono i punti di contatto che potrebbero essere cercati con un attento esame che però esula dal presente contesto.

Come per il mondo microscopico, la scala cosmologica non può essere compresa con i nostri normali mezzi. Sebbene l'Universo sia in parte osservabile con i nostri sensi, la porzione di cui abbiamo qualche informazione diretta è così piccola e l'aspetto che cogliamo è così secondario che è bene spogliarsi di ogni senso comune prima di alzare anche solo lo sguardo al cielo.

La comunicazione fra i componenti dell'universo avviene con mezzi molto diversi da quelli impiegati dagli esseri umani e dalle particelle microscopiche. Il mezzo più importante è probabilmente l'interazione gravitazionale, tuttavia molti altri fattori entrano in gioco, primo fra tutti la dimensione incredibile dell'Universo conosciuto (quello sconosciuto potrebbe essere molto più grande). Ogni descrizione attuale dell'Universo, prescinde dall'assumere una dimensione finita per esso. Il massimo successo viene ottenuto con una descrizione che assume l'Universo come omogeneo ed isotropo. Il primo termine si riferisce al fatto che, non già le stelle, ma le intere galassie costituiscono un piccolissima granulosità nella struttura dell'Universo così che esso può essere pensato come un fluido, come l'acqua le cui molecole non sono assolutamente rilevanti per la scala umana. Il secondo termine ribadisce il fatto che l'Universo va inteso come una cosa che è allo stato liquido e non ha direzioni speciali. In questo incredibile Universo tutti i componenti a tutti i livelli comunicano fra loro: le stelle raccolgono con i loro campi gravitazionali i pianeti, le stelle doppie si scambiano materia, gruppi di stelle si riuniscono a formare galassie, con forme dettate dalla velocità di gruppi di stelle che impiegano decine e centinaia di migliaia di anni ad orbitare attorno a centri comuni. In mezzo ad esse stelle ormai morte e buchi neri che assorbono materia dallo spazio circostante. Ogni oggetto è in comunicazione con gli altri e solo così si raggiunge una parziale equilibrio in continua evoluzione. Al di sotto di tutta questa materia sembra esserci una quantità ancor più grande di materia oscura che non emette luce ma che fa sentire la sua presenza con un forte campo gravitazionale che domina il movimento delle galassie ed anche la loro evoluzione.

Nel descrivere quello che accade sulla scala cosmica si devono necessariamente invocare comunicazioni che avvengono su distanze e su tempi che, sulla scala umana, non hanno praticamente significato. Tuttavia l'Universo così come noi lo possiamo osservare con i nostri mezzi è dominato da un limite che appare, attualmente, insormontabile. Questo limite è la così detta velocità della luce.

Allo scopo di non rischiare di parlare di fantascienza, per altro degnissimo ed apprezzabile genere letterario e di costume, è opportuno precisare cosa sia questo limite.

Nella nostra esperienza quotidiana sappiamo che le velocità degli oggetti si addizionano (compongono) secondo semplici leggi. Ad esempio se un treno viaggia in una certa direzione a 100 km all'ora ed un viaggiatore lo percorre alla velocità di 5 km all'ora nella stessa direzione, un osservatore che si trovi sul marciapiede di una stazione dirà che il viaggiatore va, rispetto al suolo, alla velocità di 105 km all'ora. Questa legge, che appare intuitiva, viene a cadere se le velocità in gioco sono molto alte. La legge di composizione delle velocità diviene più complessa che una semplice addizione e la sua forma è tale che se si compongono due velocità di cui una sia uguale alla velocità della luce, allora la velocità composta sarà ancora la velocità della luce. Questo risultato, che è confermato da numerosissimi ed accurati esperimenti, sembra essere in contraddizione con l'intuito, ma è, in realtà, solo diverso da quanto osserviamo nel nostro mondo quotidiano dove velocità molto alte non si possono osservare mai (anche il più veloce razzo va solo a un decimillesimo della velocità della luce). Questo fenomeno, che va visto come una delle infinite curiosità che ci riserva la Natura, fa sì che ci sia una sorta di separazione fra gli oggetti più veloci della luce (se ve ne sono) e quelli più lenti. Nessun oggetto può superare, in un senso o nell'altro, questa linea di demarcazione. Noi siamo dalla parte degli oggetti più lenti della luce. In tale situazione qualsiasi informazione si voglia inviare, noi, o anche gli oggetti inanimati di cui si è discusso nei paragrafi precedenti, si dovrà fare i conti con questo limite. Esso è un reale limite alle possibili comunicazioni e fa sì che l'universo si presenti così come lo vediamo (noi ed i nostri strumenti). Quest'ultimo punto è molto importante poiché l'Universo comunica a noi le sue leggi, ma lo fa con un mezzo che non può essere più veloce della luce. Questo limite produce anche dei limiti alla quantità di informazione che si può inviare da un punto all'altro in certo tempo, qualunque sia il mezzo ed il codice che si impiegano.