FESTIVAL DELLE SCIENZE/ La “frattura” che ha cambiato la Fisica

- Mario Cardarelli

A Roma, durante il recente Festival delle Scienze, si è parlato anche della discontinuità quantistica, molto importante per la Fisica. Il commento di MARIO CARDARELLI

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Prima di cercare (come un tener conto del limite personale) di introdurre e affrontare questa tappa in modo descrittivo e senza formule complesse, vorrei ricordare qualcuno molto importante. Al Festival delle Scienze la discontinuità quantistica (sinonimo meno rigido di “frattura”) rispetto ai traguardi raggiunti con la Relatività è stata parte integrante e importante per arrivare a un punto nave della fisica oggi. Di gran rilievo è stata la presenza non solo di pregevoli fisici e accademici americani del Mit, come Scott Hughes, David Kaiser e Seth Lloyd (in virtuale quella di Kip Thorne, “mente fisica” di Interstellar, il film di Nolan proiettato all’inaugurazione). Ma importante è stata soprattutto la presenza di Joao Magueijo, cosmologo e professore di fisica teoretica all’Imperial College di Londra. 

Perché importante? Per due motivi. Il primo, quello del ricordo, è che proprio all’Imperial College, collega di Magueijo è stato un altro eminente professore di fisica teorica: Sir Thomas Kibble, deceduto ad 83 anni il 3 giugno scorso. Nel 1964 Kibble e Higgs teorizzarono l’esistenza del bosone come fattore in grado di spiegare l’origine della massa delle particelle elementari. Nel 2012 il Cern di Ginevra, con il suo LHC e i megateam guidati da Fabiola Gianotti ne hanno confermato l’esistenza. All’annuncio lo sguardo di Higgs, nonostante il controllo che si era imposto, traboccava di emozione. Nel 2013 alla cerimonia del Nobel Higgs espresse a voce alta il suo rammarico per l’esclusione di Kibble, che di certo è più vicino ora alle verità di questo Universo che non prima.

Il secondo motivo è che Magueijo ha una caratteristica speciale (alla quale mi trovo vicino per quelle che, nello stato non formalizzato in cui si trovano, io chiamo “considerazioni varie”). Nel suo intervento, il primo del Festival stesso, ha gettato luce dal palcoscenico in penombra sulla “grande frattura”. Illustrarne in questa tappa i passaggi richiederebbe un saggio molto corposo che non è da questa sede dove Simmetria, Relatività, Località, Equivalenza, Minima Azione si accompagnano a strumentazione matematico geometrica ad hoc con tensori, derivate, equazioni di campo ecc. 

Allora è meglio danzare insieme ai fotoni, visto che la Relatività è il loro certificato anagrafico. I fotoni viaggiano nel tempo e nello spazio e come quanti di luce si dice siano le particelle più diffuse nel nostro Universo perché lo attraversano alla strabiliante velocità nota, impiegando un tempo che in fondo non è tale nell’approssimazione del campo ordinario umano. Quello che ci si presenta, se balliamo con un fotone, è una sorta di “non tempo” ove si consideri questo come passato, presente e futuro, o meglio una sorta di “eterno presente” spalmato come Nutella su una fetta biscottata di giga dimensioni. Si tratta quindi di un “continuum” spaziotemporale e di materia ed energia. 

Herr Albert ne offre la dimostrazione, come sempre confermata successivamente, ma… che deve necessariamente coesistere in contraddittorio con lo sviluppo di un’altra teoria parallela, da cui la frattura che dir si voglia. Eppure quando Planck teorizzò il quanto ponendo il primo distacco a partire dallo spettro visibile della luce di Newton e quando gli diede le caratteristiche proprie di un atomo come chiamavano i greci l’ultima componente indivisibile della materia, con l’alfa privativo, Einstein ebbe poco da dire. Questo durò almeno fino a quando la teoria corpuscolare discontinua non finì per entrare a Copenaghen nel pentolone di Dirac, dove il dualismo onda-particella con il reciproco associarsi dell’una all’altra (de Broglie e Schrodinger), entanglement e il reciproco collegarsi ed escludersi nell’Universo (Pauli) fino a sparire nell’indeterminazione di Heisenberg prima del colpo di scena grazie al collasso della funzione d’onda. Accanto a un dualismo poco gradito, subentrava disturbante la percezione di un’osservazione di tipo probabilistico e quindi statistica di un fenomeno della natura basato sulla non coesistenza di parametri spaziotemporali per la determinazione del comportamento della particella atomica e subatomica. 

Nella fisica classica, in cui includiamo anche il Grande Vecchio, Giano Bifronte, per i motivi detti nei precedenti articoli, si può sempre misurare con precisione massa, energia, velocità posizione in un dato momento. Con la meccanica quantistica questo diviene – per logica matematicamente dimostrabile – non possibile (Feynman direbbe con un paradosso: per illogica matematicamente dimostrabile). Tuttavia lo stato di non possibilità attuale, che secondo un puro ragionamento storico scientifico non va letto come impossibilità futura, corrisponde a una rosa di possibilità che il quanto possiede. Non sapremo mai dove esso si trovi e se esso si trovi in un intervallo di tempo A, B pur avendo il dato d’inizio da sviluppare grazie a formule note. Infatti, si dice che la particella si muove nel cosiddetto “spazio hilbertiano” che potremmo decodificare come il paradiso delle sue probabilità di esistere. Tali probabilità per lo scrivente (che se ne assume tutta la responsabilità) non vanno intese in modalità virtuale, bensì reale: perché esistono contemporaneamente in potenza e atto visto che, per quanto le riguarda, le qualifichiamo come stati e/o livelli di energia. Tali sono gli “autostati”, che in linguaggio corrente potremmo chiamare posizioni a loro volta individuabili come condizioni probabilistiche istantanee di potenza e atto. 

Quindi noi possiamo sapere dove si trova una particella nel momento della misura. E ne conosciamo (o ne fissiamo?) l’esistenza (se consideriamo il collasso come atto di “creazione”) in quello spazio, in quella posizione osservandola. In tal caso accade che è l’osservazione, cioè la misura possibile del cosa/dove/quando, a dare esistenza riscontrabile alla posizione del quanto. Per essere preciso più che posizione i fisici parlano di “autostato e/o autovalore”. Bello vero? Sa di magico… anzi, è proprio magico per una condizione non solo di partenza, ma anche di arrivo. Di fronte all’indeterminazione di Heisenberg, che regna sovrana nel caso delle singole particelle, eccelle invece la certezza della prevedibilità di comportamenti di n quanti strutturati per l’elaborazione cede il passo al momento 

Quanto questo fosse confliggente in Einstein, per la sua concezione di simmetria e per la sua ricerca di unità nella lettura e nell’interpretazione della Natura, appare chiaro. Ecco perché Einstein esclamò che “Dio non gioca a dadi”, diventando famoso, oltre che per tutto il resto, anche per questa espressione… Ma non tutti sanno che Bohr con lo stile pacato che lo contraddistingueva rendendolo amato da tutti i “giovani fisici”, rispose: “Non è compito degli scienziati dire a Dio come funziona il mondo, ma solo scoprirlo”.

Parlando e passeggiando durante questa tappa, dopo aver svoltato su una strada più attraente, non ho tuttavia dimenticato di dover tornare al cosiddetto “secondo motivo: perché importante Magueijo”. La soluzione è nelle sue parole. Nonostante i successi e le conferme per la teoria della relatività e per quella del big bang che a essa si ricollega, non v’è nemmeno un ponte tibetano a unificare le sponde rocciose del crepaccio della gravità e della meccanica quantistica. Anche sul big bang e quanto a esso correlato sappiamo poco e per darci possibilità di integrare i contributi bisogna creare nuove condizioni esplicative, nuove geometrie doppie di spaziotempo, nuove ipotesi sulla velocità della luce, intesa come velocità variabile e non come una costante. Tutto ciò in attesa di un fattore/elemento/sviluppo cruciale capace di dare una svolta e un nuovo indirizzo per ottenere le risposte attese.

Come ben sappiamo, poiché apparteniamo al genere umano, le predette risposte è difficile che siano definitive.





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