Roger Penrose La mente nuova dell`imperatore

Scelti per voi
Roger Penrose
La mente nuova dell’imperatore
BUR 1997
Pagine 446
9,81 Euro
Dalla quarta di copertina
In questo libro, che ha conosciuto un immediato successo al suo apparire,
un grande matematico e fisico affronta il tema affascinante della Mente:
la nostra mente, e cioè il funzionamento del cervello umano e
l’intelligenza artificiale.
Si tratta di due realtà comparabili? A quali leggi della fisica obbedisce il
cervello umano, quelle della fisica classica o piuttosto quelle della fisica
quantistica? I computer potranno un giorno ragionare esattamente come
una mente umana?
Penrose si addentra in questo territorio di confine con il candore del
bambino della fiaba, quello che ha il coraggio di dire a voce alta che
l’imperatore è nudo, e il suo vestito nuovo non esiste: per Penrose, la
“mente nuova” che l’intelligenza artificiale sostiene di poterci dare è
qualcosa di profondamente diverso dalla mente dell’uomo.
Il suo studio è stato confutato o esaltato, accettato o discusso, ma
unanimamente accolto come un contributo fondamentale al campo
affascinante delle scienze cognitive.
Sull’autore
Roger Penrose insegna matematica all’Università di Oxford. Ha
collaborato con Stephen Hawking (con il quale ha scritto La natura dello
spazio e del tempo, Sansoni 1996). Presso Rizzoli ha pubblicato Ombre
della mente (1996).
Dalla prefazione
Molti grandi matematici e fisici trovano difficile, se non impossibile,
scrivere libri comprensibili a un pubblico di profani. Fino a oggi si
sarebbe potuto supporre che anche Roger Penrose, uno dei fisici
matematici più intelligenti e creativi del mondo, appartenesse a tale
categoria. Chi di noi aveva letto i suoi articoli divulgativi e le sue
conferenze sapeva che in realtà non è così. È stata comunque una
piacevolissima sorpresa scoprire che Penrose aveva sottratto del tempo
alle sue fatiche scientifiche per produrre un libro meraviglioso per
profani intelligenti. È un libro che diventerà un classico.
Benché i capitoli di questo libro spazino sui vasti orizzonti della teoria
della relatività, della meccanica quantistica e della cosmologia, il loro
tema centrale è quello che i filosofi chiamano il problema “mente-corpo”.
Da decenni i proponenti di una “IA forte” (dove IA sta per “Intelligenza
Artificiale”) hanno cercato di convincerci che entro un secolo o due (e
alcuni hanno ridotto questo tempo di attesa a soli cinquant'anni!) i
computer saranno in grado di fare qualsiasi cosa di cui sia capace una
mente umana. Stimolati dai libri di fantascienza letti in gioventù, e
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convinti che la nostra mente non sia altro che un computer fatto di carne
(come si espresse una volta Marvin Minsky), danno per scontato che
“piacere” e “dolore”, la capacità di apprezzare la bellezza, l'umorismo, la
coscienza e la libertà del volere siano capacità che emergeranno in modo
naturale quando i robot elettronici saranno diventati abbastanza
complessi nel loro comportamento algoritmico.
Alcuni filosofi della scienza (in particolare John Searle, il cui famoso
esperimento mentale della “stanza cinese” discusso minuziosamente da
Penrose) dissentono energicamente. Per loro il computer non è
sostanzialmente diverso dalle calcolatrici meccaniche che operano con
ruote, leve o qualsiasi altra cosa che trasmetta segnali. (Si potrebbe
altrettanto bene basare un computer sul rotolamento di biglie o sul flusso
di acqua attraverso tubi.) Poiché l'elettricità si muove attraverso fili più
velocemente di altre forme di energia (eccezion fatta per la luce), può
manipolare simboli più rapidamente delle calcolatrici meccaniche, e
perciò può svolgere compiti di complessità enorme. Ma un computer
elettrico (elettronico) capisce ciò che fa in un modo superiore alla
“comprensione” di un abaco? Oggi i computer giocano a scacchi al
livello dei grandi maestri. “Capiscono” il gioco meglio della macchina
per il gioco del tris che un gruppo di appassionati di computer si
divertirono una volta a costruire con parti di giocattoli guasti?
Il libro di Penrose è l'attacco più vigoroso che sia stato scritto finora
all'IA forte. Nei secoli scorsi sono state avanzate obiezioni alla tesi
induzionistica secondo cui una mente sarebbe una macchina che funziona
secondo leggi note della fisica, ma l'offensiva di Penrose è più
convincente perché attinge a informazioni non disponibili agli autori del
passato. Questo libro ci mostra che Penrose è più di un fisico
matematico. Egli è anche un filosofo di prima grandezza, il quale non ha
timore ad affrontare problemi che i filosofi contemporanei tendono a
rifiutare considerandoli
non significanti.
Penrose ha anche il coraggio di affermare, di contro alla crescente
negazione di un piccolo numero di fisici, un robusto realismo. Non solo
l'universo esiste concretamente, ma anche la verità matematica ha una
sua misteriosa indipendenza e atemporalità. Come Newton e Einstein,
Penrose ha un senso profondo di umiltà e di reverenza sia verso il mondo
fisico sia verso il regno platonico della matematica pura. L'eminente
teorico dei numeri Paul Erds ama parlare del libro di Dio in cui sono
registrate tutte le migliori dimostrazioni. Ai matematici è concesso
talvolta solo di intravedere una parte di una pagina. Quando un fisico o
un matematico sperimenta quella sorta di intuizione profonda improvvisa
che gli psicologi chiamano esperienza “aha”, essa secondo Penrose è
qualcosa di più del risultato di un calcolo profondo. È la mente che
prende contatto per un istante con la verità oggettiva. Non può essere, si
chiede Penrose, che il mondo di Platone e il mondo fisico (che i fisici
hanno oggi dissolto nella matematica) siano in realtà un solo mondo e lo
stesso?
Molte pagine nel libro di Penrose sono dedicate a una famosa struttura
simile ai frattali chiamata l'insieme di Mandelbrot, dal nome del suo
scopritore. Pur continuando a restare simile a sé in un senso statistico
quando sue parti vengono ingrandite, la sua struttura infinitamente
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complicata muta incessantemente in modi imprevedibili. Penrose trova
incomprensibile (e io sono d'accordo con lui) che qualcuno possa
supporre che questa strana struttura non esista in modo altrettanto
concreto quanto il monte Everest, soggetta a essere esplorata nello stesso
modo in cui viene esplorata una foresta.
Penrose appartiene a un gruppo sempre più numeroso di fisici i quali
pensano che Einstein non fosse un ostinato o uno dalle idee confuse
quando sosteneva che il suo mignolo gli diceva che la meccanica
quantistica è incompleta. A sostegno di questa tesi, Penrose ci trasporta
in un viaggio vertiginoso che copre argomenti come i numeri complessi,
le macchine di Turing, la teoria della complessità, i paradossi
sconcertanti della meccanica quantistica, i sistemi formali, l'indecidibilità
di Gödel, gli spazi delle fasi, gli spazi di Hilbert, i buchi neri, i buchi
bianchi, la radiazione di Hawking, l'entropia, la struttura del cervello e
decine e decine di altri argomenti al cuore delle speculazioni correnti.
Cani e gatti sono coscienti di sé? È possibile in teoria che una macchina
per la trasmissione di materia possa spostare una persona da un posto
all'altro dello spazio nello stesso modo in cui vengono trasferiti dal
teletrasporto i personaggi della serie televisiva Star Trek? Qual è il valore
di sopravvivenza che l'evoluzione ha trovato nella produzione della
coscienza? C' è un livello al di là della meccanica quantistica in cui siano
saldamente stabilite la direzione del tempo e la distinzione fra destra e
sinistra? Le leggi della meccanica quantistica, e forse anche leggi più
profonde, sono essenziali per il funzionamento della mente?
Alle ultime due domande Penrose risponde di sì. La sua famosa teoria
dei “twistor” – oggetti geometrici astratti che operano in uno spazio
complesso con un numero superiore di dimensioni, che sarebbe alla base
dello spazio-tempo – è troppo tecnica per poter essere inclusa in questo
libro. I twistor sono uno sforzo compiuto da Penrose per scandagliare un
livello di realtà più profondo dei campi e delle particelle della meccanica
quantistica. Nella sua quadruplice classificazione delle teorie come
superbe, utili, provvisorie e sbagliate, Penrose mette modestamente la
teoria dei twistor nella classe delle teorie provvisorie, assieme alle
supercorde e ad altri grandi schemi di unificazione su cui si discute oggi
con grande accanimento.
A partire dal 1973 Penrose è il Rouse Ball Professor di matematica
all'Università di Oxford. Questo titolo è appropriato perché W. W. Rouse
Ball non fu solo un famoso matematico ma anche un mago dilettante, con
un interesse così acceso per la matematica ricreativa da scrivere l'opera
inglese classica in questo campo, Mathematical Recreations and Essays.
Penrose condivide l'entusiasmo di Ball per il gioco. In gioventù scoprì
un oggetto impossibile chiamato “tribar”. (Un oggetto impossibile è una
figura solida che non può esistere perché include elementi contraddittori.)
Penrose e suo padre Lionel, che è un genetista, trasformarono il tribar
nella Scala di Penrose, una struttura usata da Maurits Escher in due sue
famose litografie: Salita e discesa e Cascata. Un giorno mentre era a
letto, Penrose, in quello che chiamò un eccesso di follia, visualizzò un
oggetto impossibile nello spazio quadridimensionale. È qualcosa, disse,
che una creatura quadridimensionale, se si imbattesse in esso,
esclamerebbe: “Mio Dio, che cos'è?”.
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Negli anni sessanta, mentre stava lavorando su argomenti di cosmologia
con l'amico Stephen Hawking, Penrose fece quella che è forse la sua
scoperta più nota. Se la relatività vale fino in fondo, in ogni buco nero
dev'esserci una singolarità in cui non si applicato più le leggi della fisica.
Persino questo risultato è stato eclissato in anni recenti dalla costruzione
da parte di Penrose di due figure che si compongono in un piano, alla
maniera delle tassellature di Escher, ma che possono comporsi solo in un
modo aperiodico. (Il lettore interessato può trovare maggiori
informazioni su queste forme sorprendenti nel mio libro Penrose tiles to
trapdoor ciphers.) Penrose le inventò, o piuttosto le scoprì, ignorando
che potessero essere utili. Con stupore di tutti risultò che le forme
tridimensionali delle sue tassellature potevano essere alla base di uno
strano nuovo tipo di materia. Lo studio di questi quasi-cristalli oggi è
una delle aree di ricerca più attive in cristallografia. Questo è anche
l'esempio più clamoroso in tempi moderni di come la matematica
ricreativa possa avere applicazioni non previste.
I risultati conseguiti da Penrose in matematica e in fisica – e io ne ho
menzionato solo una piccola parte – scaturiscono da un senso di
meraviglia per il mistero e per la bellezza dell'essere che ha sempre
caratterizzato Penrose. Il suo dito mignolo gli dice che la mente umana è
qualcosa di più di una collezione di minuscoli circuiti e commutatori.
L'Adamo del suo prologo e del suo epilogo è in parte un simbolo
dell'albeggiare della coscienza nella lenta evoluzione della vita senziente.
Per me, è anche lo stesso Penrose – il bambino piccolo seduto in terza
fila, a distanza dai leader dell'IA – il quale osa suggerire che gli
imperatori dell'IA forte sono nudi. Molte delle opinioni di Penrose sono
intrise di umorismo, ma in questa non c'è niente da ridere.
Martin Gardner
Roger Penrose
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Indice
Prefazione di Martin Gardner
Nota per il lettore
Ringraziamenti
Fonti delle illustrazioni
7
11
13
17
Prologo
19
1. Un computer può avere una mente?
Introduzione 21 - Il test di Turing 24 –
L'intelligenza artificiale 31 - Un approccio dell'IA
al “piacere” e al “dolore” 35 - L'IA forte e la “stanza cinese”
di Searle 39 - Hardware e software 48
21
2. Algoritmi e macchine di Turing
Lo sfondo del concetto di algoritmo 56 - Il concetto di
Turing 62 - Codificazione binaria di dati numerici 71 La tesi di Church-Turing 77 - Numeri diversi dai numeri
naturali 80 - La macchina di Turing universale 82 L'insolubilità del problema di Hilbert 91 - Come sconfiggere
un algoritmo 99 - Il calcolo di lambda di Church 102
56
3. Matematica e realtà
Il paese di Tor'Bled-Nam 109 - I numeri reali 116 - Quanti
numeri reali ci sono? 119 - La realtà dei numeri reali 123 –
I numeri complessi 125 - Costruzione dell'insieme di
Mandelbrot 131 - I concetti matematici hanno una
realtà platonica? 133
109
4. Verità, dimostrazione e intuito
138
Il programma di Hilbert per la matematica 138 - Sistemi
matematici formali 142 - Il teorema di Gödel 147 Intuito matematico 150 – Platonismo o intuizionismo? 155 Teoremi del tipo di Gödel derivanti dal risultato di Turing 160
- Insiemi ricorsivamente numerabili 163 - L'insieme di Mandelbrot
è ricorsivo? 170 - Alcuni esempi di matematica non
ricorsiva 176 - L'insieme di Mandelbrot è simile alla
matematica non ricorsiva? 187 - La teoria della complessità 190
- Complessità e computabilità in cose fisiche 196
5. Il mondo classico
Lo status della teoria fisica 198 - La geometria euclidea 206
- La dinamica di Galileo e di Newton 214 - Il
mondo meccanicistico della dinamica newtoniana 221 - La
vita è computabile nel mondo delle palle da biliardo? 224
- La meccanica hamiltoniana 229 - Lo spazio delle fasi 232
La teoria elettromagnetica di Maxwell 242 - La computabilità
e l'equazione d'onda 246 - Le equazioni del moto
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198
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di Lorentz; particelle prossime alla velocità della luce 248
- La relatività ristretta di Einstein e Poincaré 251 - La relatività
generale di Einstein 264 - Causalità relativistica e
determinismo 276 - La computabilità nella fisica classica:
a che punto siamo? 281 - Massa, materia e realtà 283
6. Magia quantistica e mistero quantistico
I filosofi hanno bisogno della teoria quantistica? 289 Problemi nella teoria classica 293 - Gli inizi della teoria
quantistica 295 - L'esperimento delle due fenditure 298
Ampiezze di probabilità 304 - Lo stato quantico di una
particella 312 – Il principio di indeterminazione 319 - Le
procedure di evoluzione U e R 312 - Una particella può
essere in due luoghi simultaneamente? 324 - Lo spazio di
Hilbert 331 - Misurazioni 335 - Lo spin e la sfera degli stati di
Reimann 339 - Obiettività e misurabilità di stati quantici 345
La copiatura di uno stato quantico 347 - Lo spin del
fotone 348 - Oggetti con grande spin 351 - Sistemi a molte
particelle 354 - Il “paradosso” di Einstein, Podol'skij e
Rosen 360 - Esperimenti con fotoni: un problema per la
relatività 368 - L'equazione di Schrödinger; l'equazione
di Dirac 371 - La teoria quantistica dei campi 373 - Il
gatto di Schrödinger 374 - Vari atteggiamenti nella teoria
quantistica esistente 378 - Dove ci lascia tutto questo? 382
289
7. La cosmologia e la freccia del tempo
386
Il flusso del tempo 386 - L'inesorabile aumento
dell'entropia 389 - Che cos' è l'entropia? 395 - La seconda
legge in azione 401 - L'origine della bassa entropia nell'universo
406 - La cosmologia e il big bang 412 - Il globo
di fuoco primordiale 418 - Il big bang spiega la seconda
legge? 420 - I buchi neri 422 - La struttura delle singolarità
dello spazio-tempo 429 - Quanto fu speciale il big bang? 434
8. Alla ricerca della gravità quantistica
443
Perché la gravità quantistica? 443 - Che cosa si cela dietro
l'ipotesi della curvatura di Weyl? 446 - L'asimmetria temporale
nella riduzione del vettore di stato 451 - La scatola
di Hawking: una connessione con l'ipotesi della curvatura di
Weyl? 457 - Quand'è che si riduce il vettore di stato? 467
9. Cervelli reali e modelli di cervello
474
Com 'è il cervello in realtà? 474 - Qual è la sede della
coscienza? 483 - Esperimenti sul cervello diviso 486 - La
visione cieca 489 - L'elaborazione dell'informazione nella
corteccia visiva 490 - Come funzionano i segnali nervosi? 492
- Simulazione al computer 496 - La plasticità del
cervello 501 - Computer paralleli e unità della coscienza 503
- C'è un ruolo per la meccanica quantistica nell'attività cerebrale? 505
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- Computer quantistici 507 - Aldilà della teoria quantistica? 509
10. Dov' è la fisica della mente?
A che cosa serve la mente? 512 - Che cosa fa in realtà la
coscienza? 517 - Selezione naturale di algoritmi? 523 La natura non algoritmica dell'intuito matematico 526 Ispirazione, intuito e originalità 528 - Carattere non verbale
del pensiero 535 - Coscienza animale? 537 - Il contatto col
mondo platonico 539 - Una concezione della realtà fisica 542
- Determinismo e determinismo forte 544 - Il
principio antropico 546 – Tassellature e quasi-cristalli 548
Possibile pertinenza per la plasticià cerebrale 552 - I ritardi
temporali della coscienza 554 - Lo strano ruolo del
tempo nella percezione cosciente 558 - Conclusione: con
gli occhi di un bambino 564
512
Epilogo
567
Note
Referenze bibliografiche
Indice analitico
569
593
605
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