Tao complesso livello 0: Tao Sinergico

Nel ricercare nuove metodologie per sistemi complessi che superino le difficoltà di quelle classiche, al livello fisico 0  Hermann Haken ha sviluppato il metodo della Sinergetica (dal greco "lavorare insieme), nato negli anni 70-80 nell'ambito della teoria dei laser, in particolare per spiegare la coerenza della radiazione emessa, ovvero come i fotoni all'interno della cavità laser interagissero tutti insieme spazio-temporalmente per formare la elevata coerenza caratteristica della radiazione laser in uscita.
La radiazione laser ha due caratteristiche peculiari: la prima è la sua monocromaticità, ovvero l'emissione di luce con una stretta lunghezza d'onda (ad un solo colore), la seconda è la sua coerenza, come evidente a chiunque abbia visto un fascio laser.

Mentre la prima è facilmente spiegabile nel senso di transizioni di elettroni tra livelli energetici superiori ad inferiori, producendo un fotone di energia molto definita, la seconda non è spiegabile in base alle caratteristiche di emissione dei fotoni nella cavità laser, che dovrebbero emettere indipendentemente l'uno dall'altro, e quindi incoerentemente.

Questo esempio di applicazione chiarisce alcuni concetti centrali utilizzati in Sinergetica in modo qualitativo. Nel laser a gas gli atomi emittenti sono rinchiusi in un tubo con alle estremità degli specchi semi-riflettenti che fungono da risuonatore per la luce emessa. Gli specchi hanno lo scopo di riflettere la luce in senso assiale abbastanza spesso in modo che la corrispondente onda rimanga per un lungo periodo entro il dispositivo e possa interagire intensamente con gli atomi tramite il fenomeno dell'emissione stimolata.

Gli atomi vengono eccitati dall'esterno, ad esempio tramite una sorgente luminosa di pompa. Dopo essere stato eccitati, ogni atomo può emettere spontaneamente una traccia di luce. Nel caso usuale di una lampada, queste tracce d'onda vengono emesse indipendentemente l'una dall'altra incoerentemente, e le ampiezze sono distribuite come una gaussiana. Quando l'intensità della pompa è aumentata al di là di un valore critico,  detto soglia laser, dove avviene l'inversione della popolazione - ovvero quando vi sono più elettroni nei livelli energetici superiori che su quello fondamentale - lo stato attuale lascia il posto ad una singola onda con ampiezza stabile su cui le fluttuazioni di piccola ampiezza e fase si sovrappongono. L'intensità della pompa serve come parametro di controllo. Al suo valore critico, il vecchio stato diventa instabile. L'onda emergente coerente agisce come parametro d'ordine che attraverso l'emissione stimolata forza gli elettroni delle molecole del gas ad emettere luce in modo coerente. Questa azione del parametro ordine su singole parti del sistema è stato denominato da Haken principio di asservimento. In questo caso si nota come da 10¹⁸ gradi di libertà, in cui ognuno dei 10¹⁸ atomi nella cavità emette indipendentemente dagli altri, e quindi la somma totale è incoerente, si passa ad un'unico grado di libertà, il modo del campo laser coerente emesso sopra la soglia. laser Se la potenza della pompa è aumentata ulteriormente possono comparire maggiori instabilità e una varietà di modelli temporali, ma anche spazio-temporali, delle onde emesse, come luce laser caotica o impulsi laser ultra-brevi. La soglia laser, in cui inizia l'emissione stimolata, mostra caratteristiche tipiche di una transizione di fase di un sistema fuori equilibrio termico, vale a dire rallentamento critico, fluttuazioni critiche e rottura di simmetria.

L'alta coerenza dei laser è quindi un effetto cooperativo di auto-organizzazione, e il metodo sinergetico del principio di asservimento/subordinazione tra parametri d'ordine e sottosistemi asserviti fornisce la relazione tra parametri macroscopici e microscopici del sistema complesso.

Negli anni successivi Haken ha ampliato il modello di calcolo sinergetico  proponendolo ad una serie di discipline dalla chimica alla biologia allo studio del cervello all'economia alle scienze della cognizione e, più in generale, ad ogni forma di auto-organizzazione (self-organization) in sistemi complessi che manifestano un comportamento emergente. La Sinergetica si pone quindi come una autentica nuova metodologia per affrontare la Complessità.

 Nelle parole di Haken:

"I sistemi in esame sperimentale o teorico sono soggetti a parametri  di controllo che possono essere fissati dall'esterno o essere generati da parte del sistema considerato. Un esempio per un parametro di controllo esterno è la potenza assorbita di un laser a gas tramite la corrente elettrica iniettata. Un esempio per un parametro di controllo generato internamente sono gli ormoni nel corpo umano o i neurotrasmettitori nel cervello. Quando i parametri di controllo raggiungono valori critici specifici il sistema potrebbe diventare instabile e adottare un nuovo stato macroscopico. Vicino a tali  punti di instabilità, un nuovo insieme di variabili collettive possono essere identificate: i parametri di ordine. Essi hanno, almeno in generale, una bassa dinamica dimensionale e caratterizzano il sistema macroscopico. Poichè la cooperazione delle singole parti permette l'esistenza di parametri d'ordine che a loro volta determinano il comportamento delle singole parti, si parla di causalità circolare. In accordo con il principio di asservimento (slaving principle), i parametri d'ordine determinano il comportamento delle parti individuali, i sottosistemi asserviti, che possono ancora essere soggetti a fluttuazioni. Ad un punto critico, un parametro unico ordine può essere sottoposto ad una fase di non-equilibrio di transizione (biforcazione), con rottura della simmetria, rallentando verso il basso le fluttuazioni critiche. 
La sinergetica ha molti collegamenti ad altre discipline, quali la teoria della complessità"

In generale, l'abusato termine sinergia può indicare un effetto cooperativo di rinforzo/stabilizzazione tra diversi processi interni di sistema, o tra alcuni interni ed altri esterni al sistema.

In figura, ad esempio, i due processi ricursivi chiusi rosso e blu vengono accoppiati da un terzo processo che può avere effetti sinergici, formando un insieme nuovo di tre processi che può avere qualità differenti da quelle dei singoli processi.