Nell'ultimo secolo la fisica ha percorso notevoli passi
in avanti contribuendo a modificare la nostra stessa percezione della realtà, dall'astronomia fino all'osservazione delle particelle più piccole della
materia. Nell'antichità ogni popolo aveva una sua propria concezione del mondo,
dagli egizi ai maya, dai Greci agli abitanti dell’Isola di Pasqua, poiché ciascuna
teoria non poteva basarsi su un metodo sperimentale e falsificabile,
quindi “universale” ma su mere ed inconfutabili credenze: religiose, mistiche o
al massimo deduttive.
Ed in fondo, la storia della fisica classica – che nasce nelle nebbie del passato del I
millennio PEV sino alla maturità del ‘600 – è sembrata procedere
senza particolari intoppi sono a…ad Albert
Einstein, fisico tedesco e filosofo della scienza naturalizzato statunitense
che con un’eccezionale intuizione
controintuitiva ha sovvertito le più profonde convinzioni
“naturali” della fisica, mutando per sempre il modello di
interpretazione del mondo fisico. Nel 1921 ricevette il Premio Nobel per la
scoperta dell’effetto fotoelettrico nel
1921, la sua fama dilagò in tutto il mondo soprattutto per la teoria della relatività, in grado, per
l’assoluta originalità, di colpire l’immaginario collettivo. Per la vastità e
la complessità delle teorie di Einstein ci limitiamo a mettere in evidenza il
principio della relatività in antitesi alla concezione di spazio e tempo della
tradizione classica.
La teoria
della relatività speciale descrive il comportamento dello spazio
e del tempo nei sistemi inerziali. Il fondamento è che la velocità della luce per tutti gli osservatori –
indipendentemente dalla velocità a cui questi si muovono gli uni rispetto agli
altri – è identica, e
quindi costante. In un
primo momento questo sembrava contraddire le esperienze quotidiane. Da ciò
derivano conseguenze importanti come spiega bene H.
Lesch nel suo libro Fisica
da tasca – Esperimenti e idee sulla natura delle cose: 1) Lo spazio e
il tempo non possono più essere osservati separatamente, ma si fondono in una
nuova grandezza fisica, lo spazio-tempo; 2) La velocità della luce non si può
mai superare, poiché ciò porterebbe a una inversione della direzione temporale,
violando così la causalità e quindi la successione di causa ed effetto di un
evento; 3) Se si osserva un sistema di riferimento che si muove a una certa
velocità rispetto all'osservatore, per esempio un’astronave, si constata che lì
il tempo apparentemente trascorre più lentamente ed è “dilatato”; 4) La stessa
astronave – e tutto ciò che vi è all'interno – sembra accorciarsi lungo la sua direzione di
movimento, di conseguenza si ha la contrazione della lunghezza; 5) La massa di
un oggetto sembra tanto più grande quanto più velocemente si muove (rispetto all'osservatore) e alla velocità della luce sarebbe apparentemente infinita.
Tutti questi effetti sorprendenti sono stati confermati oggi con assoluta
precisione. Il tema della distorsione
temporale è molto comune nella fantascienza, sebbene non sia affatto
fantastico.
Le distorsioni temporali esistono per davvero, così
come il paradosso dei gemelli introdotto
dal fisico francese Paul
Langevin risulta confermato (per approssimazioni). Anche le ricadute culturali
delle intuizioni – poi scoperte confermate di Einstein sono (e soprattutto in
futuro saranno) enormi. Ad esempio, il Cristianesimo aveva basato la concezione
del tempo sul pensiero di Agostino
d’Ippona inteso come direzione lineare-progressiva e non più come ciclicità tipico del mondo pagano;
secondo un’idea escatologica, il tempo nasce con la caduta di Adamo per poi
essere consumato dall'uomo fino al ritorno verso Dio e l’eternità spirituale.
Evidentemente siamo in attesa di (inevitabili) “effetti” dottrinali prima e
culturali della relatività.
Le
difficoltà non finiscono qui, infatti successivamente un altro tedesco, W. Karl Heisenberg – premio Nobel
per la Fisica nel 1932 e considerato uno dei fondatori della meccanica
quantistica – affermò quello che oggi è noto come l’omonimo principio di indeterminazione.
per cui conoscere dove si trovi un atomo, un elettrone o qualsivoglia
altra particella, e contemporaneamente di conoscerne anche le modalità di
movimento è impossibile. Anzi, non solo la conoscenza delle due cose è
impossibile, ma l’idea stessa di un atomo che abbia una posizione e un moto
definiti è di per sé priva di significato. Ci si può chiedere dove si trova un
certo atomo, e aspettarci una risposta che abbia senso. Oppure, ci si può
chiedere come si muove, e anche qui aspettarci una risposta che abbia senso. Ma
alla domanda dov'è e a quale velocità sta andando quel certo atomo, non c’è
risposta alcuna. La posizione e il movimento (più esattamente, la quantità di
moto) costituiscono due aspetti della realtà che per la particella microscopica
sono reciprocamente incompatibili. Ma cosa ci autorizza a dire che l’atomo è
una cosa se non si trova da nessuna parte o non ha movimento rilevabile?
Secondo il fisico Niels Henrik
David Bohr l’indistinto e nebuloso mondo dell’atomo prende corpo
nella realtà concreta solo quando lo si osserva. In assenza dell’osservazione,
l’atomo è un fantasma: si materializza soltanto quando lo si cerca; siamo noi a
stabilire cosa cercare. Ne ricerchiamo la posizione, ed ecco che lì c’è un
atomo; ne ricerchiamo il movimento, ed ecco un atomo con velocità e
accelerazione, ma non si può avere l’una e l’altra cosa. La realtà cui
l’osservazione dà corpo non è separabile dall'osservatore e dalla strategia di
misurazione scelta da questi. Oggi molti fisici di tutto il mondo tentano di
unificare le due teorie. Nel libro La teoria del tutto. Origine e destino
dell’universo lo stesso Stephen Hawking,
forse il maggior fisico oggi vivente, ammette: “La difficoltà principale nel
trovare una teoria che unifichi la gravità con le altre forze è data dal fatto
che la relatività generale è una teoria classica, ossia non incorpora il
principio di indeterminazione della meccanica quantistica. Le altre teorie
parziali, dal canto loro, dipendono in modo essenziale dalla meccanica
quantistica. Un primo passo da compiersi, quindi, è quello di combinare la relatività generale con il
principio di indeterminazione”. E se l’unificazione fosse solo
un’illusione, poiché l’universo si potrebbe presentare in modo casuale,
arbitrario e relativo? Ma soprattutto, la realtà come la stiamo osservando noi
oggi, sarà uguale a quella dei nostri figli?
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