Immagini digitali ed entropia

pubblico una bozza di una riflessione che intendo approfondire.... penso che il tema sia molto interessante, spero di trovare qualche d'uno con consigli o scambi di parere sul tema....

Immagini digitali ed entropia

di Giulio Peranzoni

Quale è la maggiore differenza tra un immagine materica e una digitale? La risposta che sembrerebbe più ovvia potrebbe  essere il medium con cui è stata creata,  oppure il supporto su cui viene letta e veicolata, ma ad una analisi più attenta e più in approfondita, posso affermare con una certa sicurezza,  che la caratteristica principale che le differenzia è il loro contenuto di entropia.

Prima di dimostrare e dunque capire questa affermazione, mi sembra doveroso riportare, in maniera semplice e concisa,  il significato di entropia.

In Wikipedia, il termine entropia viene così descritto:

"...In fisica l'entropia è una grandezza che viene interpretata come una misura del disordine presente in un sistema fisico qualsiasi, incluso, come caso limite, l'universo. Viene generalmente rappresentata dalla lettera S.

In termodinamica classica, il primo ambito in cui l'entropia venne introdotta, S è una funzione di stato, che, quantificando l'indisponibilità di un sistema a produrre lavoro, si introduce insieme al secondo principio della termodinamica. In base a questa definizione si può dire, in forma non rigorosa ma esplicativa, che quando un sistema passa da uno stato ordinato ad uno disordinato la sua entropia aumenta; questo fatto fornisce indicazioni sulla direzione in cui evolve spontaneamente un sistema.

L'approccio molecolare della meccanica statistica correla più strettamente l'entropia al concetto di ordine, precisamente alle possibili diverse disposizioni dei livelli molecolari e quindi differenti probabilità in cui può trovarsi macroscopicamente un sistema[1]. Nel Sistema Internazionale si misura in joule su kelvin (J/K).

Il concetto di entropia ha conosciuto una vastissima popolarità, tanto da essere esteso ad ambiti non strettamente fisici, come le scienze sociali, la teoria dei segnali, la teoria dell'informazione...."

Se consideriamo una immagine una informazione visiva,  con la caratteristica di un sistema fisico di molecole disposte su un supporto in una certa maniera, possiamo affermare che nella loro struttura è presente necessariamente una quantità di entropia. Per esempio, quando eseguo un immagine ad acquerello in maniera tradizionale utilizzo:  il pennello, l'acqua e il pigmento materico e applicando tale mescolanza su un supporto, le molecole del colore si propagano in maniera entropica, cioè da un momento iniziale ordinato ( tutte contenute nell'interno del pennello con un basso contenuto di entropia) alla loro espansione in maniera disordinata e dunque con un livello di entropia maggiore, cioè casuale. È in effetti una legge fisica universale della materia  quella di trasformarsi sempre più in un sistema di alto contenuto di entropia. In maniera più superficiale questa caratteristica del colore che si propaga su una superficie, l'ho sempre descritta appunto come casualità. La macchia di acquerello che eseguo sulla carta è casuale, non riuscirò mai a crearne una copia completamente identica. Non solo, ma un'altra legge dell'entropia mi dice che è un sistema entropico è irreversibile: una volta eseguita la macchia di acquerello non potrò mai riassorbirla nel mio pennello come un uovo trasformato in frittata non potrà mai più tornare uovo.

Al contrario, in  un immagine digitale eseguita da un software, il contenuto di entropia è nullo. La mia macchia di acquerello digitale, teoricamente eseguita dal computer, potrebbe essere ripetuta centinaia di volte ma sarebbe sempre identica alla prima volta, dunque può essere reversibile. Di fatto, nei software l'elemento di entropia che troviamo nella fisica della materia è quasi assente. Nel mondo dei numeri il disordine non è considerato. Ma allora perchè le diverse immagini digitali sono così evidentemente diverse tra loro? La risposta è: il mio gesto fisico con cui eseguo il  momento creativo con la penna ottica sul video è una trasfusione di entropia in un sistema matematico. Il contatto del mondo reale (la mia mano con la penna ottica) con quello virtuale (la tavoletta video) non è altro che l'iniezione della mia entropia all'interno di un sistema molto ordinato (la realtà digitale) con un bassissimo contenuto di entropia.

È grazie  alla  nostra appartenenza  del mondo fisico materiale  che abbiamo nella nostra struttura una alto contenuto di entropia….

La grande differenza tra una intelligenza artificiale e una umana è appunto la differenza di entropia. Una intelligenza artificiale può rispondere ad una situazione in molte diverse maniere, ma il loro numero sarà sempre limitato all'interno del suo programma. Potranno essere migliaia, ma in ogni caso sono il risultato di parametri programmati precedentemente. Un cervello umano, al contrario è imprevedibile perchè la sua struttura è fisica non matematica, e dunque con un alto livello di entropia.

Il momento magico è dunque il contatto tra la nostra realtà materica con quella digitale, quando la mia mano con la penna ottica tocca il video. È quello il momento magico con cui una immagine digitale diventa unica, è l'entropia che il suo autore riesce a trasferire e che gli dà l'anima, e che la innalza dal mondo dei numeri. Più specificamente, è l'entropia dei neuroni del nostro cervello che attraverso il gesto si propagano all'esterno.