Is Mathematics the Language of Nature - A Thought Experiment on Alternative Languages for Describing Natural Phenomena

Per secoli, gli scienziati di maggior successo hanno operato sotto un'unica, potente assunzione: l'universo parla un linguaggio che possiamo leggere, e quel linguaggio è la matematica. Dal moto dei pianeti al comportamento degli atomi, il mondo naturale sembra rivelare i suoi segreti solo quando li traduciamo in numeri, forme e regole logiche. Questa visione suggerisce che le leggi della natura non siano solo descritte dalla matematica, ma siano effettivamente fatte di essa. Tuttavia, un nuovo modo di pensare mette in discussione se questo sia l'unico modo per comprendere la realtà. Si chiede se il nostro successo con la matematica derivi dal fatto che l'universo sia intrinsecamente matematico, o semplicemente perché il cervello umano è programmato per pensare in termini di simboli e schemi. Se l'universo avesse altri modi di organizzarsi, forse modi che non scompongono le cose in parti o utilizzano equazioni, potremmo perdere un'intera dimensione del funzionamento della natura. Questa domanda si colloca all'intersezione tra fisica, filosofia e lo studio di come le menti e i corpi interagiscono con il mondo.

In un articolo recente, la ricercatrice Gabi Siboni dell'Università di Ariel esplora questa possibilità non cercando di provare una nuova teoria, ma progettando un esperimento mentale per testare i limiti della nostra attuale comprensenza. Il documento non sostiene di aver trovato un nuovo linguaggio della natura. Al contrario, propone un metodo per distinguere tra due possibilità molto diverse. La prima è che qualsiasi modo efficace di prevedere il mondo, anche se non somiglia affatto alla matematica, sia segretamente solo matematica travestita. La seconda è che potrebbe esistere un modo alternativo e genuino di descrivere la realtà che non può essere tradotto in matematica senza perdere informazioni essenziali. Per esplorare questo, l'autrice immagina tre diversi tipi di esseri intelligenti che affrontano lo stesso complesso problema fisico, come prevedere il movimento di un pianeta o come l'energia si sposta in un campo.

Il primo essere è uno scienziato umano che utilizza il metodo tradizionale: scomporre il problema in piccole parti, misurare le variabili e scriverle in un sistema di regole e simboli. Questo è l'approccio standard che ha guidato la fisica moderna per centinaia di anni. Il secondo essere è una creatura con una mente biologica che non utilizza simboli né scrive regole. Invece, il suo corpo e il suo sistema nervoso sono fisicamente sintonizzati sull'ambiente. Quando questo essere cerca di prevedere un movimento, non calcola; semplicemente simula il risultato all'interno della propria struttura fisica, proprio come un calciatore che afferra una palla percependo il vento e il proprio equilibrio piuttosto che risolvere un problema di fisica nella sua testa. Il terzo essere è ancora più diverso. Esso esperisce l'universo non come oggetti separati che si muovano nello spazio, ma come un flusso unificato di sensazioni e sentimenti. Per questo essere, l'orbita di un pianeta potrebbe sembrare una melodia specifica o uno stato emotivo complesso, dove ogni cambiamento nel mondo fisico corrisponde a un cambiamento nella qualità della sua esperienza.

Il cuore dell'articolo è un test per vedere se questi diversi modi di conoscere siano davvero linguaggi differenti o solo lo stesso linguaggio con una maschera diversa. Il test pone la domanda: se proviamo a tradurre le previsioni fatte dal secondo e dal terzo essere nel linguaggio del primo essere, perdiamo qualcosa? Se la traduzione è perfetta, allora gli altri esseri stanno solo realizzando strutture matematiche in un modo diverso. Ma se la traduzione fallisce — se la versione matematica non riesce a prevedere il risultato altrettanto bene dell'essere originale, o se non riesce a distinguere tra sottili cambiamenti che l'essere originale può percepire — allora abbiamo la prova di un linguaggio che non è la matematica. L'autrice suggerisce che, se tale fallimento dovesse verificarsi, significherebbe che la matematica non è l'unico modo per descrivere la natura, ma è solo il modo in cui gli esseri umani la descrivono per caso.

Per rendere concreta questa idea, l'articolo punta alla tecnologia moderna che già esiste. Le reti neurali profonde, sistemi informatici modellati sul cervello umano, possono imparare a prevedere eventi fisici complessi, come il modo in cui l'acqua si increspa in una tempesta o come oscilla un pendolo doppio, senza mai essere state insegnate una singola equazione. Questi sistemi sviluppano i propri modi interni di comprensione che sono incredibilmente accurati. L'autrice propone che possiamo testare questi sistemi cercando di costringerli a esprimere la loro conoscenza attraverso formule matematiche standard. Se il processo di costringerli a parlare in termini matematici causa un calo della loro precisione, o se perdono la capacità di distinguere tra due situazioni molto simili, ciò suggerirebbe che il loro modo di conoscere non è solo matematica in una forma diversa. Suggerirebbe che la loro struttura interna contiene informazioni che la matematica standard non può catturare.

L'articolo non pretende di aver dimostrato che questi linguaggi alternativi esistano. Infatti, l'autrice è attenta a dichiarare che attualmente non abbiamo prove che la matematica sia l'unico linguaggio della natura, ma solo che è l'unico che siamo attualmente in grado di scrivere e condividere. Il valore di questo lavoro risiede nello spostare la questione da un dibattito filosofico a un programma di ricerca pratico. Offre un modo chiaro per confrontare diversi sistemi: misurando quanta informazione si perde quando cerchiamo di tradurre un sistema non simbolico in uno simbolico. Se la perdita è piccola, stiamo probabilmente trattando la stessa struttura sottostante. Se la perdita è significativa, potremmo trovarci di fronte a un modo fondamentalmente diverso di comprendere il mondo.

In definitiva, l'articolo suggerisce che la nostra convinzione che l'universo sia scritto in matematica potrebbe essere un riflesso delle nostre menti piuttosto che un fatto sull'universo stesso. Proprio come un uomo antico che conosceva solo il linguaggio parlato potrebbe assumere che tutta la comunicazione debba essere sonora, potremmo assumere che tutta la comprensione debba essere simbolica. L'articolo conclude che, se esistono altri linguaggi della fisica, essi potrebbero rimanere nascosti non perché la natura li tenga segreti, ma perché i nostri strumenti e i nostri sensi non sono ancora abbastanza sviluppati per riconoscerli. Man mano che la tecnologia avanza, particolarmente nell'intelligenza artificiale e nella robotica, potremmo iniziare a vedere questi altri modi di corrispondenza, non come sostituti della matematica, ma come parte di una famiglia molto più ampia di modi per connettere mente, materia e le leggi della natura.