1. Introduzione

In questo scritto verrà analizzato il ruolo del tempo nel ragionamento. L’elemento temporale è presente in ogni attività intelligente: il concetto di tempo è profondamente integrato nella percezione che gli uomini hanno del mondo esterno. Ogni oggetto sembra rimanere in uno stato particolare per un certo periodo di tempo fino a che qualcosa non accade: è per questo che possiamo affermare che il tempo è fondamentale per il ragionamento che ha che fare con il cambiamento e con l’azione. Un primo compito sarà dunque quello di prendere in considerazione i differenti stati o condizioni di un oggetto e cercare di definire come essi sono collegati. Inoltre possiamo dire che abbiamo conoscenza di una relazione causale soltanto quando siamo in grado di definire come il relativo sistema evolve.

È del tutto noto che il riferimento a una dimensione temporale è tipico della conoscenza scientifica così come del ragionamento quotidiano, sia proposizionale che visuale. Si deve ricorrere a considerazioni temporali allorché occorre coordinarsi con l’ambiente nella vita di tutti i giorni; le stesse memorie sembrano organizzate in modo temporale - molti eventi del passato vengono ricordati quando ricostruiti con l’aiuto di qualche schema temporale (cronologico).

La nostra comune idea di un "tempo che fluisce in avanti" (lungo una singola linea) è troppo forte e contraddice quei concetti controintuitivi di tempo che deviano da essa, quali "alcune interpretazioni della meccanica quantistica che concepiscono un tempo che si biforca costantemente verso il futuro" (Shoham, 1988, p. xiii), la nozione di tempo nella teoria della relatività e alcune speculazioni filosofiche introno al tempo ciclico (cfr. il prossimo paragrafo).

Nelle varie aree dell’intelligenza artificiale parecchie ricerche riguardano proprio il ragionamento temporale:

Dopo avere illustrato alcuni aspetti epistemologici che riguardano la fondamentale relazione fra scienza e tempo - quella che Prigogine ha chiamato "forgotten dimension", analizzerò il ruolo delle rappresentazioni temporali nel campo della filosofia formale e computazionale al fine di individuare alcuni aspetti centrali dell’abduzione e della nonmonotonia nel ragionamento temporale.

2. Scienza e tempo: la "dimensione dimenticata"

Prigogine introduce nel modo seguente al tema generale del ruolo del tempo nella scienza (Prigogine, 1980, p. xi):

È noto che il concetto newtoniano di tempo non ha messo in discussione quello di derivazione aristotelica. Newton assume che i concetti di spazio e di tempo sono "notissimi a tutti" (Newton, 1965, p. 101) e tuttavia rifiuta la concezione comune dello spazio e del tempo in termini di relazioni con gli oggetti sensibili ("va notato tuttavia, come comunemente non si concepiscano queste quantità che in relazione a cose sensibili", ibid.). Il tempo è considerato come universale e assoluto, come una variazione dello stato di moto; così come si addice a un parametro, le trasformazioni che descrive non possono avere effetti su di esso. Newton afferma:

È inoltre noto che Einstein, sostituendo i vecchi punti di vista, ha abbandonato il concetto standard di simultaneità degli eventi che accadono nello stesso tempo in senso assoluto. Minkowski, che ha fornito uno sviluppo della teoria speciale utilizzando un continuo spazio-tempo quadridimensionale, ha costituito un importante passo in avanti verso la teoria della relatività generale. Einstein è giunto a pensare al tempo come a una dimensione del tutto analoga alle tre dimensioni spaziali: è in questo modo che spazio e tempo non sono stati più considerati come separati l’uno dall’altro. Se dunque Newton aveva considerato i concetti temporali come non problematici, Einstein aveva invece mostrato che il fatto di percepire due eventi come simultanei dipende dal sistema di riferimento dell’osservatore: dobbiamo dunque pensare al tempo come a una parte dello spazio-tempo, perché il tempo non ha alcun "significato" al di fuori dallo spazio-tempo.

L’eliminazione della nozione di tempo assoluto ha avuto un influsso enorme sulla filosofia, un influsso che può essere facilmente visto studiando gli scritti di Bergson, Croce, Lovejoy, Ortega y Gasset e Whitehead. Come è noto, l’idea di una direzionalità del tempo (durée, élan vital) è presente nella filosofia di Bergson; sfortunatamente i tentativi di rispondere in modo irrazionale e non scientifico alla questione epistemologica della direzionalità del tempo con generalizzazioni e analogie ingenue hanno condotto a forme di evoluzionismo metafisico (si pensi alla critica della scienza di Le Roy, orientata alla costruzione di una spiritualista "filosofia della libertà" e all’enfasi sulla superiorità dell’intuizione e dell’esperienza religiosa sulla scienza - Le Roy, 1899).

Le filosofie del tempo e della libertà possono dunque essere considerate come modi differenti di replicare al deteminismo generato dalla fisica, che aveva avuto ben poco da dire riguardo il cambiamento in generale e riguardo il tempo; in queste filosofie il cambiamento, irreversibile, poietico, e la durata-orientata del tempo, rientrano nell’ambito dell’irrazionalità. Persino nella filosofia della scienza postpositivista il problema epistemologico del pensiero creativo, dello scoprire nuove idee (Popper, 1970; Kuhn, 1978, 1985, 1987; Feyerabend, 1965, 1975) è confinato nell’ambito di una strana, eccentrica e irreversibile temporalità dell’"intuizione": l’effettiva genesi della scoperta è al di fuori della possibilità di uno studio scientifico per il fatto che essa è al di fuori della logica. Popper afferma "Lo stadio iniziale, l’atto del concepire o dell’inventare una teoria, non mi sembra richiedere un’analisi logica né esserne suscettibile" e che ogni scoperta contiene un "elemento irrazionale" o un’"intuizione creativa" nel senso di Bergson (Popper, 1970, pp. 9-12).

Il concetto di evoluzione è comunque emerso con forza nel secolo scorso in fisica (in collegamento con il concetto di irreversibilità), in biologia e in sociologia (in collegamento con il concetto di storia). Nella fisica era indicato dalla seconda legge della termodinamica, la legge della crescita dell’entropia. Ciononostante, evoluzione e irreversibilità continuarono ad apparire come delle illusioni collegate alla complessità del comportamento combinato degli oggetti semplici microscopici. Oggi sappiamo che questi oggetti (per esempio le particelle elementari) possono nascere e decadere. Inoltre i processi irreversibili possono giocare in natura un ruolo poietico, che si mostra con grande chiarezza al livello biologico.

Gli scienziati hanno sempre saputo che una descrizione in cui passato e futuro giocano lo stesso ruolo non può essere applicata a tutti i fenomeni. Nonostante ciò, i fenomeni caratterizzati dalla direzionalità del tempo sono stati esclusi dalla fisica classica, relativistica e quantistica. Tutti i processi orientati dal tempo (per esempio i processi biologici) sono stati considerati come effetto di condizioni iniziali improbabili, molto speciali, corrispondenti alle approssimazioni supplementari che sovrapponiamo alle leggi temporalmente reversibili. Come osserva Prigogine

Prigogine illustra molti semplici processi irreversibili, quali la conduzione del calore, ma anche processi molto complicati che comportano un’autoorganizzazione e indica il ruolo svolto dalle fluttuazioni: lontano dall’equilibro, i sistemi chimici che includono meccanismi catalitici possono condurre alle strutture dissipative e, una volta che le strutture dissipative si sono formate, l’omogeneità dello spazio e del tempo può essere distrutto. Anche i fenomeni di biforcazione, che in fisica e chimica implicano "storicità" e, conseguentemente, qualche direzione preferenziale del tempo, possono essere descritti dal punto di vista matematico (Thom, 1975).

3. Filosofia formale e computazionale del tempo

3.1 Tipi di ragionamento temporale

Una teoria del tempo deve essere costituita da i) un linguaggio formale per descrivere ciò che è vero e ciò che è falso al passare del tempo, cosa cambia e cosa rimane costante e, ii) un insieme di regole che guidano il cambiamento. Nel ragionamento temporale possiamo distinguere i seguenti tipi generali (Shoham, 1988):

3.2 Logica e ontologia del tempo

Recentemente la logica temporale è stata applicata alla computer science. Per formalizzare il concetto di tempo abbiamo bisogno prima di tutto di un linguaggio che sia in grado di descrivere ciò che è vero e ciò che è falso al passare del tempo e che sia in grado di descrivere espressioni del tipo "il tempo A è prima del tempo B". Tra le entità del linguaggio dobbiamo distinguere almeno fra eventi, fatti e processi. Per esempio, i fatti e le proprietà sono cose che restano vere al passare del tempo: "Anna è alta". Gli eventi sono cose che accadono, per esempio "cominciare a cantare una canzone".

A livello ontologico possiamo avere diversi primitivi quali i punti temporali (istanti) e/o gli intervalli temporali (i periodi) che possono a loro volta godere di differenti proprietà (discreti vs densi, limitati vs illimitati, precedenza, linearità, parallelismo, ramificazione, circolarità). Per esempio possiamo definire il tempo grazie a un insieme denso di istanti su cui è introdotto un ordinamento riflessivo, antisimmetrico e transitivo. Allen ha definito un Interval Calculus che comporta 14 relazioni che corrispondono alle mutue relazioni fra due periodi.

3.3 Previsione e "qualification problem"

Quando dobbiamo prevedere la collisione di due palle che rotolano, utilizzando la meccanica classica, date per esempio le loro traiettorie, certamente nel contempo non affermiamo che sono presenti altre palle in grado di influenzarne la traiettoria (o che è presente del vento, o che le palle sono sul punto di esplodere, e così via). Tuttavia, quando trascuriamo queste considerazioni, otteniamo una descrizione che non è sufficiente allorché si voglia sottometterla alle tecniche inferenziali formali.

Un classico esempio è dato nell’area del ragionamento quotidiano dal cosiddetto Yale shooting problem (Hanks e McDermott, 1987). Quando si tira il grilletto di una pistola carica (loaded) si vorrebbe prevedere che segue un forte rumore (loud noise), e tuttavia devono essere verificate molte condizioni - che la pistola abbia un grilletto, che ci sia aria per trasportare il suono, e così via. È questo il cosiddetto qualification problem (Shoham, 1985, 1988, 1989; Shoham e McDermott, 1988): fare previsioni sul futuro senza prendere in considerazione tutto del passato. Come chiaramente illustrato da Shoham, gli svantaggi più evidenti della meccanica classica sono:

La meccanica classica costituisce dunque un cattivo modello per illustrare il ragionamento temporale. L’iperidealizzazione delle condizioni iniziali conduce immediatamente al qualification problem: dobbiamo dunque essere coscienti del fatto che facciamo previsioni basandoci su un’informazione veramente parziale, nella speranza che i fattori ignorati non svolgeranno alcun ruolo (ignoranza cronologica). Dobbiamo dunque essere preparati a fare errori nelle nostre previsioni e dunque a ritrattarle.

Inoltre, quantunque noi possiamo essere in grado di fare previsioni concernenti intervalli futuri molto brevi, in un ambiente reale e complesso abbiamo di solito a che fare con previsioni che si riferiscono a intervalli futuri di tempo molto lunghi. Possiamo esser certi che le previsioni migliori saranno quelle che si riferiscono agli intervalli di tempo più brevi (se possibile, a degli istanti). È questo il cosiddetto extended prediction problem (Shoham, 1988, 1989). Infine, quando prevediamo che un fatto resterà immutato, sorgono ulteriori difficoltà che danno luogo al cosiddetto persistence problem (McCarthy e Hayes, 1981). Shoham è convinto che il persistence problem e il frame problem coincidano:

Nel caso del qualification problem e dell’extended prediction problem dobbiamo ignorare molta della informazione potenzialmente rilevante e quindi, di fronte a nuove evidenze, dobbiamo ritrattare alcune delle conclusioni. Questo tipo di inferenza, defeasible come si dice nei testi fondamentali, è stata studiata nel campo delle logiche nonmonotoniche. In queste logiche noi possiamo "saltare alle conclusioni" in assenza di evidenza contraria: possiamo inferire che una cosa può volare dal fatto che è un uccello, ma dobbiamo ritrattare la nostra inferenza quando siamo di fronte a un nuovo fatto, per esempio che quella cosa è un pinguino (Ginsberg, 1987).

Il ragionamento temporale comporta dunque frequentemente il problema di ritrattare le conclusioni. Consideriamo come esempio lo Yale shooting problem prima illustrato: esso ha a che fare con uno scenario in cui Fred è vivo, indi una pistola è caricata (loaded), e il tirare il grilletto (shoot) e lo sparo avrebbero come esito l’uccisione di Fred (cfr. un riassunto in Vila, 1994). Un frame axiom universale dice che qualunque cosa che non sia influenzata direttamente da un’azione persiste attraverso l’esecuzione di quella stessa azione. Nel nostro caso abbiamo inizialmente un’azione di attesa (wait action), quindi lo sparo. La domanda è a questo punto "Fred è ancora vivo (alive)?".

Lo Yale shooting problem può essere formalizzato in questo modo:

L’ovvia risposta è che Fred è morto. Tuttavia, i sistemi inferenziali classici sono in grado di concludere soltanto che o Fred è morto o la pistola è stata scaricata durante l’azione di attesa.

Molti autori hanno sviluppato dei formalismi per superare le difficoltà causate dal frame problem così come si manifesta nello scenario che abbiamo appena visto: la pointwise circumscription (Lifschitz, 1986), la logic of persistence (Kautz, 1986), la chronological minimization (Shoham, 1988) in cui la minimizzazione consiste, intuitivamente, nel rimandare il più possibile l’occorrenza di un’anormalità. Evans (1989) ha inoltre utilizzato la negazione come fallimento.

Utilizzando una versione dell’event calculus Shanahan (1990) presenta una soluzione della cosiddetta versione "senza sangue" dello Yale shooting problem, una soluzione che utilizza l’abduzione e la circumscription al fine di raggiungere la default persistence. Vediamo come. L’ontologia include eventi, punti temporali, e proprietà. Nella versione "senza sangue" dello Yale shooting problem la storia degli eventi - caricare (load) quindi attendere (wait) quindi sparare (shoot) - è estesa da "alive" (vivo), che vale alla fine. Nei termini dell’event calculus questa storia può essere formalizzata in questo modo:

1) Prima di tutto possiamo ritenere che la presenza del nuovo fatto

genererebbe semplicemente una previsione differente e costringerebbe a ritrattare quella precedente, cioè quella secondo cui morto (dead) vale come risultato dell’azione dello sparare.

Naturalmente per spiegare il nuovo fatto è possibile abdurre molte ipotesi provvisorie, che a loro volta generano molte storie rettificate, che a loro volta rendono possibili nuove previsioni. Siano quindi di fronte a un ciclo composto da un’abduzione per la spiegazione e da una deduzione per la previsione. Shanahan risolve l’intero problema fornendo un formalismo che sceglie la spiegazione "preferita" (migliore) considerando o meno i predicati del dominio come abducibili.

In quest’ultimo caso la spiegazione "preferita" per

comporta la reincarnazione:

Ulteriori complicazioni sorgono quando ci sono molto spiegazioni "preferite" per un unico fatto.

Ciò che emerge di particolarmente interessante da queste ricerche è che il lavoro di costruzione di storie (utilizzando altri lessici filosofici, potremmo dire il lavoro ermeneutico e interpretativo che dà luogo alla costruzione di diverse narrazioni) può essere visto come un ciclo di abduzioni e previsioni. Le storie costruibili sono dunque molte e dipendono dal lavoro congetturale che presiede alla loro continua rettifica. Di fronte quindi a un insieme di base di eventi si ha la possibilità di costruire diverse storie come fossero diversi mondi possibili (cfr. anche Toraldo di Francia, 1994). Le storie, le narrazioni, si mostrano dunque secondo la nostra analisi come il risultato di un processo che è analizzabile da un punto di vista razionale.

I risultati di questi studi pongono infine in rilievo il fatto che le assunzioni - l’essenza del ragionamento nonmonotonico - possono essere considerate anche nelle estensioni temporali. I mutamenti nel valore di verità di una proposizione nelle sue estensioni temporali può ovviamente coinvolgere le estensioni temporali dei valori di verità di una proposizione correlata. Per esempio, se io so che "l’orchestra ha suonato la mia canzone preferita" posso approssimativamente prevedere una durata di tre minuti. Tutta via se, improvvisamente, si scatena un terribile terremoto, allora la durata prevista di tre minuti è ridotta.

4. Conclusione

In questo scritto ho esaminato il concetto di tempo nella scienza insieme con alcuni risultati nel campo della filosofia formale e computazionale soprattutto al fine di mostrare la complessità del ragionamento temporale.

In primo luogo si è descritta l’eliminazione da parte della teoria della relatività speciale del concetto di tempo assoluto proprio della meccanica classica, insieme con l’eliminazione del concetto di tempo reversibile, dovuta alle ricerche nel campo delle strutture dissipative e in generale nel campo dei processi evolutivi (storici, biologici, cosmologici).

In secondo luogo, posti di fronte al problema di trattare il tempo nell’ambito del ragionamento quotidiano, si è visto come la meccanica classica debba essere considerata un cattivo modello: le condizioni iniziali devono riferirsi a un unico istante e dobbiamo dare una descrizione completa delle condizioni iniziali. Si è dunque posto in rilievo il fatto che anche nel ragionamento temporale del common sense l’informazione è caratterizzata da instabilità che derivano dalla sua indeterminatezza, incompletezza e mutabilità. Si è infine visto come per studiare il ragionamento temporale sia necessario sfruttare quanto insegnato dalle logiche temporali e dai modelli nonmonotonici. Di grande importanza si è mostrato ancora una volta il concetto di abduzione: essa gioca un ruolo fondamentale allorché, in una particolare "storia", siamo posti di fronte al problema di generare spiegazioni di fatti inaspettati e compiere previsioni sulle possibili evoluzioni.