Prospettive alla ricerca del graal

Prospettive alla ricerca del graal

di Davide Fiscaletti

Nel tentativo di dipingere unimmagine coerente e comprensibile delluniverso, la fisica ha portato
alcune delle più grandi conquiste della mente umana. Tuttavia, malgrado i progressi ottenuti nel
corso del ‘900 abbiano permesso di arrivare a una comprensione profonda della costituzione della
materia e del suo comportamento, in diverse teorie ed idee della fisica (in particolare per quanto
concerne la natura di spazio, tempo, massa) è presente una certa confusione concettuale. Nel
tentativo di aprire nuove prospettive e nuovi scenari, lautore di questo libro introduce un
approccio alternativo e suggerisce un modello di universo in grado di fornire una nuova rilettura
della realtà. Le considerazioni fatte in questo libro di fatto aprono un nuovo paradigma, il quale
prevede che sia possibile arrivare, almeno a livello interpretativo, ad unimmagine unitaria,
interplanetaria ed olistica delluniverso. È importante sottolineare che in questo libro i vari temi
della fisica vengono affrontati senza ricorrere a formalismi matematici: viene utilizzato un
linguaggio scorrevole, ma allo stesso tempo rigoroso sul piano concettuale e questo fa sì che il
libro risulti accessibile a un pubblico più vasto di quello formato dagli addetti ai lavori.

Uno dei grandi obiettivi della scienza fisica è quello di fornire una descrizione matematica precisa
e dettagliata del mondo della natura. La fisica può essere considerata la scienza fondamentale:
nonostante il carattere astratto di molti temi e di molte leggi matematiche, riusciremmo a vedere il
quadro della realtà che le sue teorie comportano se potessimo in qualche maniera uscire da noi stessi.
Nel suo tentativo di dipingere unimmagine coerente e comprensibile delluniverso, nel corso dei
secoli la fisica ha portato alcune delle più grandi conquiste della mente umana e diverse importanti
teorie dimmane bellezza ed eleganza. In particolare, i progressi ottenuti nel corso del ‘900 hanno
permesso di arrivare a una comprensione profonda della costituzione della materia, del suo comportamento e della sua evoluzione.
Nel ‘900 sono state elaborate e sviluppate le tre teorie fondamentali che stanno alla base della
moderna descrizione dei fenomeni fisici: relatività ristretta (o speciale), relatività generale e
meccanica quantistica. Queste teorie hanno cambiato profondamente la comprensione e la spiegazione
dei fenomeni che avvengono nelluniverso, determinando sia rilevanti e significativi sviluppi in
svariati settori della ricerca, sia problematiche implicazioni sul piano epistemologico.

La relatività speciale, pubblicata da Einstein nel 1905, è il capitolo della fisica che studia i
fenomeni che avvengono a elevatissime velocità (velocità compatibili con la velocità di propagazione
della luce nel vuoto, che è circa uguale a 300.000 chilometri al secondo) allinterno dei sistemi di
riferimento inerziali (cioè sistemi che si muovono di moto rettilineo uniforme luno rispetto
allaltro e rispetto a un sistema in cui vale la legge di inerzia, ossia in cui un corpo non soggetto a forze permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme).

Nel suo famoso articolo Sullelettrodinamica dei corpi in movimento, confidando nella teoria di
Maxwell come teoria fondamentale della natura ed estendendo il principio di relatività galileiana
(secondo cui i sistemi inerziali sono equivalenti nella formulazione delle leggi della meccanica) a
tutte le leggi della fisica, Einstein mostrò che le coordinate dello spazio e del tempo (quando si
considerano processi che si svolgono a velocità prossime alla velocità della luce) possono cambiare
nel passaggio da un sistema di riferimento ad un altro e, quindi, che spazio e tempo non possono
essere considerate come grandezze fisiche separate e indipendenti tra loro (contrariamente a quanto
avviene nella concezione newtoniana del mondo, in cui spazio e tempo sono considerate entità
indipendenti ed assolute). Inoltre, la teoria della relatività speciale comporta che il campo non
può essere considerato come unentità che descrive le vibrazioni di un mezzo materiale, ma deve essere considerato seriamente come un costituente elementare della realtà.

La relatività generale, elaborata da Einstein nel 1915, è la teoria oggi universalmente accettata
sullinterazione gravitazionale. In base a questa teoria, a differenza di quanto avviene nella
fisica newtoniana, la gravità non viene vista come una forza bensì come una modifica della geometria
del continuo spazio-temporale: la presenza di materia in una certa regione dello spazio-tempo
determina delle modifiche nelle proprietà geometriche di quella regione. In altre parole, con la sua
teoria della relatività generale Einstein, innanzi tutto, mostrò che la gravità, per poter essere
resa consistente con la relatività speciale, doveva essere descritta da una teoria di campo e,
successivamente, dopo aver determinato le equazioni che descrivono il comportamento del campo
gravitazionale, trovò un risultato straordinario, vale a dire appunto che il campo gravitazionale
che lui aveva appena introdotto e il background spazio-temporale introdotto da Newton 300 anni prima
sono in realtà la stessa cosa. Pertanto, con la relatività generale, il teatro in cui avvengono i
fenomeni naturali viene promosso ad attore attivo: nelle equazioni fisiche che descrivono il
movimento degli oggetti cè sempre linfluenza diretta del campo gravitazionale, e quindi dello spazio-tempo.

Il campo gravitazionale determina le proprietà metriche delle cose in quanto esso entra direttamente
nelle equazioni che descrivono il loro comportamento. Questo significa, per esempio, che ogni misura
di lunghezza, di area o di volume è, in realtà, una misura delle caratteristiche del campo
gravitazionale. Inoltre, se il background di Newton e il campo gravitazionale sono la stessa cosa,
ne deriva che, nellambito della relatività generale, il mondo fisico può essere visto come un
insieme di campi interagenti (di cui uno è il campo gravitazionale, che viene appunto identificato
con la struttura metrica dello spazio-tempo) e la dinamica di ognuno di questi campi è totalmente
relativa, nel senso che il moto può essere definito solo posizionando questi oggetti dinamici luno
rispetto allaltro. Insomma, la relatività generale ci insegna che il background spazio-temporale è
uno dei campi dinamici della natura (vale a dire il campo gravitazionale) e, quindi, il moto di un
oggetto deve essere analizzato rispetto a un oggetto dinamico, cioè appunto il campo gravitazionale.

Poi, a partire dalla seconda metà degli anni ’20, si è avuta la terza e forse più significativa,
sotto il profilo degli enigmi che ha posto nellindagine della realtà rivoluzione scientifica del
‘900, vale a dire la meccanica quantistica. In termini del tutto generali, possiamo dire che la
meccanica quantistica costituisce sostanzialmente unestensione della meccanica classica in modo da
rendere conto delle proprietà dei sistemi atomici e subatomici, degli aspetti microscopici
dellinterazione tra radiazione e materia. Nello studio di questi feno-meni è necessario tener conto
di una nuova costante fondamentale della natura, vale a dire la costante di Planck (che invece
assume un ruolo trascurabile nella meccanica classica). Questa teoria ha determinato molti
cambiamenti nella descrizione del mondo della natura mostrando, in particolare, che nella
microfisica le varie grandezze (per esempio lenergia, il momento angolare) non hanno una
distribuzione continua, ma possono assumere solo un insieme discreto di valori, cioè sono quantizzate.

Con lo sviluppo di relatività speciale, relatività generale e meccanica quantistica, il dominio
della fisica classica è diventato chiaro e ben definito: la fisica classica (comprendente quei due
grandi pilastri costituiti dalla meccanica newtoniana e dallelettromagnetismo di Maxwell) studia i
fenomeni riguardanti il mondo macroscopico dellesperienza quotidiana, fenomeni che si svolgono a
velocità piccole rispetto alla velocità della luce, in cui sono in gioco deboli e uniformi campi
gravitazionali e in cui la costante di Planck assume un valore trascurabile. In altre parole, si può
dire che la fisica classica può essere ottenuta, in assenza di gravità, come il limite a cui tende
la relatività speciale per velocità piccole rispetto alla velocità della luce, in presenza di
gravità come il limite della relatività generale nel caso di deboli e uniformi campi gravitazionali
e, infine, come il limite della meccanica quantistica quando la costante di Planck assume un valore
trascurabile per il problema in esame. Al di fuori di questi ambiti la fisica classica non funziona
ed è per questo che bisogna ricorrere alle teorie più generali, nel primo caso la relatività
speciale, nel secondo caso la relatività generale e nel terzo caso la meccanica quantistica.

Fin dalla loro formulazione, relatività speciale, relatività generale e meccanica quantistica hanno
incontrato enormi successi sul piano applicativo e hanno ricevuto accuratissime conferme
sperimentali. Molta della fisica del Novecento riguarda lesplorazione dei nuovi mondi aperti da
questi tre schemi teorici. In particolare, la meccanica quantistica ha ottenuto enormi successi sul
piano predittivo e applicativo in tutti i settori della fisica, dal mondo dellinfinitamente piccolo
(fisica nucleare, fisica dello stato solido e fisica delle particelle elementari) al mondo
dellinfinitamente grande (astrofisica e cosmologia); la relatività ristretta ha ricevuto importanti
conferme sperimentali soprattutto nellambito della fisica delle particelle elementari, delle alte
energie e inoltre ha determinato il metodo secondo cui funziona il sistema orario mondiale; la
relatività generale ha consentito essa stessa significativi sviluppi grazie ad astrofisica relativistica e cosmologia.

Ciononostante, queste teorie la meccanica quantistica da una parte, e la relatività ristretta e
generale dallaltra ci lasciano con unimmagine generale del mondo fisico sostanzialmente
incompleta e frammentata. Infatti, da una parte, le immagini della realtà che ci vengono offerte
dalla relatività ristretta e dalla relatività generale (e che stanno alla base della descrizione
dello spazio-tempo, rispettivamente in assenza e in presenza della gravità) sono immagini precise e
geometriche, mentre dallaltra parte limmagine della realtà che ci viene fornita dalla meccanica
quantistica (nello studio dei processi atomici e subatomici) risulta essere sostanzialmente
probabilistica e indeterministica. La strategia di ricorrere a due diverse immagini del mondo per
studiare due diversi domini della realtà fisica (a meno che non si dà uninterpretazione
strumentalistica alle teorie scientifiche, cioè si ritiene che esse siano solo formalismi matematici
che hanno utili applicazioni, in particolare per la previsione dei risultati sperimentali) appare
chiaramente poco soddisfacente da un punto di vista concettuale. La tendenza allunificazione che
caratterizza da sempre la ricerca fisica richiederebbe di avere ununica immagine del mondo per
descrivere i diversi domini della natura. La ricerca di un quadro unitario tra relatività e
meccanica quantistica è pertanto diventato il sacro graal della fisica contemporanea.

Le tre teorie fondamentali del ‘900 hanno inoltre delle caratteristiche, sul piano dei fondamenti,
che determinano una rottura profonda con la fisica classica. Abbiamo già sottolineato le rivoluzioni
che hanno portato relatività ristretta e relatività generale per quanto riguarda la visione dello spazio e del tempo.

Gli enigmi posti dalla meccanica quantistica nello studio dei processi microscopici sono forse
ancora più profondi e, allo stesso tempo, fecondi. Fin dalla sua nascita, la meccanica quantistica
ha incontrato notevoli problemi interpretativi e ha dato luogo a un dibattito sui propri fondamenti,
su quello che dice a proposito del mondo che, lontano dallessersi esaurito, è ancora molto vivace.
In primo luogo, con la meccanica quantistica ci troviamo per la prima volta di fronte a una teoria
di carattere essenzialmente stati-stico: essa è strutturata in modo tale da prevedere le probabilità
dei diversi possibili risultati di una misura, ma non lesito di un singolo atto di misura. Cè
pertanto il problema di come interpretare un formalismo matematico che, ad un primo esame, sembra
radicalmente diverso da quello della fisica classica. In secondo luogo, gli esiti dei processi di
misura sui sistemi microscopici risultano fondamentalmente aleatori e, nella struttura della
meccanica quantistica, non si capisce cosè che determina il carattere probabilistico di questi
risultati sperimentali. Infine, nellambito della teoria quantistica, cè il problema di rendere
conto delloggettivazione delle proprietà macroscopiche, vale a dire di riprodurre il fatto che
quando si effettua unoperazione di misura di una certa grandezza, si ottiene sempre un risultato
determinato (per esempio che, in una misura di posizione, un sistema fisico viene sem-pre trovato in
un punto definito dello spazio). In sintesi si può dire che la meccanica quantistica introduce
strane regole per spiegare linterazione tra il mondo macroscopico e il mondo microscopico e quindi per rendere conto di quello che succede nei processi di misura.

In questo libro, ripensando criticamente i fondamenti della fisica teorica, ci proponiamo di
mostrare che è possibile fornire uninteressante interpretazione, alternativa rispetto a quella
standard, sia del mondo dellinfinitamente grande sia del mondo dellinfinitamente piccolo e che,
allo stesso tempo, è possibile aprire nuove prospettive nel campo della consapevolezza. A questo
scopo introdurremo un approccio alternativo riguardo al teatro in cui avvengono i fenomeni naturali.
Con le considerazioni che faremo in questo libro non pretendiamo certo di fornire una risposta
esauriente e completa ai vari enigmi che luomo si trova di fronte nellindagine della natura;
lobiettivo è piuttosto quello di suggerire una nuova maniera di rileggere la realtà, la quale è in grado di aprire nuovi scenari e orizzonti.

La nostra idea è che per poter ottenere progressi importanti nella ricerca scientifica non è
sufficiente affaccendarsi con il formalismo matematico, individuare le applicazioni delle teorie che
si hanno a disposizione, ma bisogna anche, e soprattutto, riflettere criticamente sui fondamenti
delle diverse teorie. Come ha sottolineato giustamente Licata nel suo eccellente libro Osservando la
sfinge, «una scienza incapace di ripensare criticamente i propri fondamenti e metodi e proporre
nuove prospettive, è una scienza condannata a morte per esautoramento del proprio potenziale
culturale». È vero che larrabattarsi con il formalismo matematico sia una parte innegabilmente
legittima e perfino necessaria della ricerca scientifica (si pensi appunto agli indiscutibili
successi, sul piano applicativo, delle teorie di cui disponiamo, segnatamente relatività ristretta,
relatività generale e meccanica quantistica); ma appunto non è nientaltro che una parte e, di
conseguenza, è improbabile che essa dia risultati importanti in assenza di un tentativo coerente di
comprendere il mondo. Una scienza che si limita solo a connettere un sempre più vasto numero di
esperienze, che si propone solo di utilizzare i suoi schemi teorici come strumenti di calcolo nella
predizione dei risultati sperimentali, non può essere considerata del tutto convincente. Lanalisi
dei fondamenti di ciascuna teoria è un passo indispensabile se vogliamo che la fisica sia una scienza feconda.

Tratto da Prospettive alla ricerca del graal di Davide Fiscaletti (Aracne, 2010).

http://www.macrolibrarsi.it/libri/__i_gatti_di_schrodinger.php?pn=1567