IL FANTASMA DELL'ETERE (INDICE)

Galileo e l'Inquisizione

APERTURA

La fisica è come una rappresentazione, che avviene in un teatro: lo spazio e il tempo.
C'è una complicazione : lo spazio e il tempo si incontrano e si fondono nello "spaziotempo". La teoria della fisica profonda vive nello spaziotempo e lì suona la sua musica. Purtroppo è impossibile visualizzare lo spaziotempo.
Lo spazio e il tempo ordinari che percepiamo nella esperienza quotidiana restituiscono una immagine incompleta e deformata di ciò che avviene nello spaziotempo. Con questa deformazione tuttavia bisogna fare i conti perché la fisica è una scienza sperimentale. Tutte le teorie non confermate dagli esperimenti non hanno valore e ovviamente gli esperimenti si devono fare nello spazio e nel tempo ordinari.

Nello spaziotempo vive qualcosa di profondamente misterioso a cui è stato dato il nome fantastico di ψ (pronuncia psi).
In realtà i fisici hanno appioppato anche altri nomi (funzione d'onda, ampiezza di probabilità, stato, campo quantistico, ....).
Preferisco ψ. Per quello che valgono i nomi è più confidenziale senza perdere di suggestione.
Dato che ψ è misteriosa, la fisica quantistica potrebbe sembrare un'idea alquanto vaga. Invece è la teoria fisica più potente, affidabile e precisa che sia mai stata elaborata. Quasi tutta fisica precedente (meccanica, acustica, termodinamica elettromagnetismo, ottica, chimica, fisica atomica) si scioglie nella visione di ψ , acquistando semplicità, profondità e precisione, tanta precisione. Ciò che ancora non è del tutto integrato nella fisica quantistica (cosmologia) lo è comunque in gran parte ed aspetta nuove idee per completare l'opera.
"Per darvi un'idea della precisione di questi numeri pensate che se si misurasse con la stessa precisione la distanza fra New York e Los Angeles, si avrebbe un risultato approssimato a meno dello spessore di un capello umano." R. Feynman - [4]
Ovviamente gli scienziati hanno disperatamente cercato un modello fisico di tipo noto con cui immaginare ψ ma sembra esserci una barriera fra la mente umana e l'essenza più profonda delle cose : ψ non è fatta di niente che già conosciamo e per giunta non si lascia osservare direttamente.
Così gli scienziati hanno momentaneamente rinunciato a visualizzare ψ e per studiarla hanno fatto ricorso al solito sistema : esperimenti e matematica, matematica che non basta mai, e che matematica !
Il vuoto lasciato dalla scienza è stato riempito da scienziati-filosofi (*) che ne hanno inventate di tutti i colori. Questo misto di scienza e filosofia va sotto il nome di "interpretazioni". Anche noi dovremo lavorare per scegliere o procurarci una interpretazione se vogliamo alla fine ottenere una passabile immagine complessiva.
Visto che non possiamo visualizzare ψ, proviamo almeno a dire a cosa assomigliano le espressioni che descrivono ψ .
Ebbene, dalle espressioni ψ assomiglia ad un'onda.
Ti chiederai : un'onda come quelle del mare ?
Come immagine iniziale non è male ma ψ è più sottile, simile ad una vibrazione dello stesso spaziotempo che si propaga all'istante ogni angolo dell'universo; qualcuno la vuole ancora più sottile come un pensiero.
Proviamo con un'altra domanda : se ψ è così importante, che relazione ha con le cose del mondo, come potremmo inserirla nella nostra vita ?
Ebbene, ψ ci appare come un'onda di possibilità, un'onda che lega ciò che forse è stato da qualche parte a ciò che potrebbe accadere in futuro da qualche altra parte.

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(*) Il termine "filosofo" è usato disinvoltamente in questi appunti in senso contrapposto a quello di "scienziato" anche quando riferito a personaggi di rilievo scientifico. Chiedo anticipatamente scusa . Si tratta di una supersemplificazione a fini di immediatezza concettuale e vivacità espositiva.

STORIA

"Prima c'era la Terra e sulla Terra non c'era niente di vivo. Per miliardi di anni questa palla girava con i suoi tramonti, le onde del mare e tutti i rumori e nessuna creatura vivente a goderseli. Riuscite a concepire, riuscite ad accettare l'idea di un mondo così fatto ? Siamo talmente abituati a considerare il pianeta come il regno della vita che non riusciamo ad immaginarcelo deserto e inanimato, eppure per un tempo lunghissimo così è stata la Terra. E probabilmente così è ancor oggi quasi tutto l'universo". R. Feynman [4]

Terra

“Il sogno ad occhi aperti di Lucy.
Ricordate Lucy ? E' il giovane australopiteco femmina i cui resti fossili sono stati scoperti nel 1974, in Etiopia

Ora tornate indietro con la mente a circa 3 milioni di anni fa e immaginate Lucy mentre sta riposando dopo una lunga giornata di cammino attraverso la savana......
Improvvisamente, mentre sta per addormentarsi, Lucy ha una visione.
Scintille che si sprigionano da due pietre strofinate l'una contro l'altra; ombre irreali che danzano disegnate sulle pareti di una caverna illuminate da una luce tremolante, al suono di borbottii che sembrano significare qualcosa; figure esageratamente grandi che alzano bastoni a cielo e si lamentano attorno ad un cadavere; neonati calvi che la fissano e le chiedono aiuto in modo toccante.....
Oggi possiamo interpretare il sogno ad occhi aperti di Lucy. Dotata di una corteccia cerebrale di circa 700 cm² di superficie le è stato possibile vedere ciò che un giorno sarebbe riuscita a fare con una corteccia estesa tre volte tanto.........
Ora possiamo chiederci: che cosa accadrebbe se la superficie della nostra corteccia cerebrale dovesse triplicarsi ancora una volta ......”
- Cristian de Duve-( premio Nobel per la medicina) -[8]

La figura, del tutto qualitativa esprime nel tempo uno degli indicatori della storia dell'uomo : la popolazione mondiale globale.

Storia della popolazione mondiale

Prescindendo da differenziazioni geografiche si possono distinguere: un lunghissimo periodo 1 caratterizzato dalla caccia (grandi estensioni territoriali necessarie per ogni abitante), il periodo 2 caratterizzato dall'agricoltura/allevamento (sfruttamento del terreno coltivato e degli animali) e il recentissimo periodo 3 (industria che produce grandi quantità di beni in piccolo spazio con forte utilizzo di tecnologia e dispendio di risorse naturali).
I tre periodi sono caratterizzati da valori culturali diversi adatti alle circostanze, che possono anche oggi essere rilevati sfruttando la residua diversificazione geografica.
In ogni periodo sono presenti oscillazioni che simboleggiano l'alternarsi delle civiltà e i cosiddetti "corsi e ricorsi storici" ma sostanzialmente i 3 livelli di popolazione sono legati alle diverse tecnologie e quindi alle conoscenze disponibili.
In questo grafico così scarno si proietta quindi la storia di una evoluzione culturale.
Si può altresì notare come la popolazione mondiale sia rimasta pressochè stabile per lunghissimi periodi. Ciò contrasta apparentemente con l'osservazione che una coppia di umani possa mettere al mondo un numero di individui ben superiore a due provocando quindi una crescita rapidissima della popolazione locale. La risposta a questo dubbio è semplice: la maggior parte degli individui moriva prima di arrivare all'età della riproduzione. Agli altri toccava comunque una vita che, con i parametri attuali, sarebbe valutata come breve, faticosa, pericolosa, bestiale (i nostalgici dell'uomo primitivo e del suo stile di vita prendano nota).

“E' un'epoca scientifica la nostra ? Un giorno. Quando la storia guarderà indietro a questi anni, si vedrà che questa è stata un'epoca drammatica e straordinaria, che ha segnato il passaggio dal non sapere quasi nulla del mondo a una conoscenza neppure lontanamente immaginabile in passato. Ma se intendiamo che oggigiorno la scienza svolge un ruolo importante nella letteratura, nell'arte, nella visione del mondo della gente, ebbene in tal caso, quest'epoca ha ben poco di scientifico.”
R. Feynman [4]

Dopo che il mondo ha conosciuto l'atomica c'è una corrente di pensiero che fa distinguo fra la scienza e la tecnologia, cioè fra sapere in teoria e saper fare in pratica, con l'intento di separare la scienza dalle sue conseguenze positive e negative.
Questi ragionamenti non mi convincono e per rendersene conto basta analizzare le competenze del gruppo di fisici che fecero parte del progetto Manhattan per l'atomica e uno per tutti: l'eclettico fisico italiano Enrico Fermi.
A mio avviso, sarebbe più utile riflettere sulla differenza fra sapere e decidere, cioè fra scienza e politica.
Decidere non è un atto scientifico. Potrebbe e anzi dovrebbe essere preceduto da previsioni scientifiche attendibili sulle conseguenze delle decisioni o delle mancate decisioni ma infine si tratta di una scelta fra uno di questi panorami : un problema di valori guida.
La democrazia articola ulteriormente il quadro spostando il peso decisionale dalla responsabilità del governante alla percezione dei panorami alternativi da parte delle masse, più o meno colte, ragionevoli e disponibili a comprendere le conseguenze delle decisioni.
Risulta importante per la qualità della decisione la cultura scientifica media di una popolazione, la fiducia nei propri esperti scientifici, la capacità di tali esperti di elaborare panorami coerenti e comprensibili, la capacità e la volontà di onesta presentazione di tali panorami da parte dei mezzi di informazione (chiedo troppo ?).
Il concetto di massa si sta anch'esso evolvendo per via del grandioso e inevitabile fenomeno della globalizzazione e l'idea di una coscienza collettiva globale, sia pur molto articolata, comincia ad emergere. Ancora una volta una straordinaria evoluzione di tipo culturale sembra svilupparsi come prodotto di innovazioni tecnologiche che avviluppano la terra in una rete simile alle connessioni neuronali di un cervello.
Con chi si confronterà questa coscienza globale ? Si sentirà sola ? Le macchine acquisteranno qualcosa di assimilabile ad una coscienza ? Quali saranno i valori guida in questo contesto ?
Qualcuno, in vena di estrapolazioni filosofiche, intravvede in tutto ciò un evento cosmico in cui l'universo, dopo una fase di evoluzione materiale, cerca di prendere coscienza di se stesso (e non solo sulla terra).
La tradizione religiosa occidentale fa riferimento ad un progetto divino per lo più imperscrutabile di cui l'uomo è parte attiva e responsabile. Le linee guida di questa responsabile attività (la morale) per alcuni sarebbero state rivelate (modi e tempi controversi) e magari scolpite sulla pietra, per altri dovrebbero razionalmente adattarsi all'evoluzione del progetto (quello imperscrutabile, un bel problema !) .
La tradizione religiosa orientale, originata dal politeismo di una poetica Natura, è troppo centrata sull'equilibrio psicofisico dell'individuo singolo per considerare seriamente la storia naturale e addirittura una finalità insita nella storia.
Altro che corsi e ricorsi di una storia sempre uguale ! La storia ha una forma ed in qualche misura questa forma è comprensibile.
E' bello vivere nella nostra fantastica era.

FISICA E REALTA'

Lo scienziato nasce da un atto di fede : per la scienza la realtà naturale esiste ed, in linea di principio, può essere compresa.
“Ciò che è veramente incomprensibile è che l'universo sia comprensibile"
A. Einstein.
Tuttavia la Natura viene percepita a partire da segnali provenienti dai sensi o, più in generale, da misure eseguite mediante strumenti gestiti da un "osservatore", che è un uomo con tutti i suoi limiti.
L'osservatore ha un suo punto di vista soggettivo che in generale differisce da quello di altri osservatori.
Si innesca così il problema filosofico della conoscibilità della Natura.
In altri termini si tratta di trovare una obiettività a partire da dati elaborati in un contesto soggettivo. Il problema non si risolve teoricamente ma praticamente.
L'approccio tradizionale della fisica è quello della ricerca di leggi naturali, cioè relazioni in grado di prevedere i risultati di misure ripetibili, indipendentemente dalla soggettività dell'osservatore.
La fantasia dello scienziato è uno strumento di ricerca ma la verifica ultima della validità delle leggi di fisica è costituita solo e unicamente dal risultato degli esperimenti.

Galileo Galinei

"Perché i discorsi nostri hanno ad essere intorno al mondo sensibile, e non sopra un mondo di carta" - Galileo Galilei [12]
Il problema della conoscenza diretta della Natura si rivela mal posto e sfuma nella nebbia lasciando il campo al problema della conoscenza di leggi obiettive che legano le misure eseguite da osservatori soggettivi.
La presenza dell'osservatore, per quanto intrusiva sull'esperimento in atto, non configura in alcun caso un suo ruolo sulle leggi naturali.
"... essendo la Natura inesorabile e immutabile e nulla curante che le sue recondite ragioni e modi d'operare sieno o non sieno esposti alla capacità de gli uomini, per lo che ella non trasgredisce mai i termini delle leggi imposteli..." - Galileo Galilei [12]
A Galilei si devono un gran numero di scoperte di fisica. Impostò il problema dello spazio e del tempo (relatività galineiana). Fu perseguitato dall'inquisizione cattolica, processato e condannato. Morì agli arresti domiciliari. L'anno della sua morte (Gennaio 1642) coincide con quello della nascita del fisico inglese Isaac Newton (Dicembre 1642), il più grande della storia.

SCATOLE CINESI

La realtà in fisica si presenta come una serie di scatole cinesi (una scatola dentro l'altra), una serie forse senza fine.

Scatole cinesi

La nostra percezione della realtà può partire dalla scatola più esterna e ne può abbracciare alcune altre interne in funzione delle conoscenze disponibili e degli interessi culturali di ognuno.
Ma cosa significa abbracciare più di una scatola ? Semplicemente attribuire più realtà a quella più interna e dedurre, tramite pura matematica, l'apparenza (si fa per dire) delle scatole più esterne.
Se questo processo di indagine viene proseguito, la realtà presunta continua a spostarsi all'interno in profondità lasciando dietro di se una scia di teorie matematiche.
“La sola vera descrizione fisica è quella che descrive ... il modo in cui le equazioni debbano essere usate per descrivere le osservazioni sperimentali.”
- Feynman – Discorso del Nobel
Quindi i fisici considerano la scia di teorie matematiche che lega le scatole cinesi come una appropriata descrizione della realtà a livelli diversi.
Esiste un limite al processo di approfondimento ? Esiste la realtà ultima ? Nessuno può dirlo e forse è una domanda priva di senso, un tentativo di porre limiti a Dio.
A questo punto non sono propenso ad etichettare le teorie di fisica che riguardano le scatole più interne come "realtà ultima".
Più modestamente direi che la fisica quantistica consente di dare una buona sbirciata alle scatole più interne.
Si tratta di una sbirciata matematica che ognuno può rivestire di immagini più o meno suggestive, che richiamino qualcosa che gli è familiare.
"Quello che noi ci immaginiamo bisogna che sia o una delle cose già vedute, o un composto di cose o di parti delle cose altra volta vedute ; che tali sono le sfingi, le sirene, le chimere, i centauri,...." Galileo Galilei [12].
Questa vestizione della matematica con immagini è un esercizio utile ? Perché affannarsi a cercare interpretazioni ?
Perché siamo uomini e non computer, il nostro cervello lavora con una serie ininterrotta di intuizioni. Non possiamo trascurare l'esigenza intellettuale di appoggiare la matematica a qualcosa di fisicamente percettibile.
Non c'è quindi da stupirsi se, avanzando verso realtà ignote e profonde, difficili da percepire, ci si trovi impelagati in una rete di equazioni e interpretazioni che non danno un'idea netta di cosa si stia dicendo (per la gioia dei sofisti) fino a quando, un bel giorno....
“ma la gloria reale della scienza è che noi possiamo trovare un punto di vista tale che le leggi diventino evidenti”- R. Feynman [13]
Quale conclusione a livello umano è possibile di fronte alla infinita complessità che improvvisamente si svela in una legge di Natura ?
Forse solo lo stupore dello scienziato è risposta adeguata.

VERITA', EQUAZIONI E SIMBOLI

Quando ci dilettiamo di filosofia spicciola utilizziamo concetti privi di dimensione matematica. Nascono quindi ragionamenti del tipo : visto che l'uomo non può accedere ad un livello assoluto di verità, allora tutto è relativo, tutto e il contrario di tutto sono sullo stesso piano.
Nella letteratura di successo ho trovato la seguente perla concettuale : visto che qualsiasi sforzo dell'intelletto conduce ad una conoscenza limitata, si deduce che, facendo tacere la mente, si ottiene una conoscenza illimitata.

Tornando alla fisica, potremmo avere l'impressione che la realtà naturale possa essere efficacemente descritta solo a parole anziché in formule matematiche.
“Se a qualcuno venisse in mente di sostenere che i pianeti girano intorno al Sole perché la materia di cui sono fatti ha una sorta di motilità, chiamiamola abbrivio, questa teoria magari potrebbe spiegare anche altri fenomeni. Quindi sarebbe una buona teoria. Giusto ? Sbagliato. Non è neppure lontanamente buona quanto quella di Keplero, secondo cui i pianeti girano intorno al Sole in virtù di una forza centrale che varia esattamente come l'inverso del quadrato della distanza dal centro.
La seconda teoria è migliore perché è tanto precisa: non può essere frutto del caso.
E' talmente esatta nella sua definizione che la più piccola deviazione nel movimento dei pianeti potrebbe dimostrarne la falsità.
Invece, secondo l'altra teoria, anche se i pianeti se ne andassero in giro di qua e di là noi potremmo sempre dire : Beh, è il tipico comportamento strano dell'abbrivio” R. Feynman- [10]

La fisica importante comincia con Newton e in particolare con l'introduzione di un sofisticato metodo matematico detto "calcolo differenziale".
Come dicono le la parole si tratta di scrivere leggi in forme matematiche, dette "equazioni differenziali", basate su piccole variazioni (o differenze) delle variabili fisiche.
Queste piccole variazioni possono essere indicate nelle formule in vario modo ma noi per semplificare useremo solo la lettera greca ∆ (delta).
Per esempio se indico con t l'ora in questo momento (ad esempio t = le nove e tre quarti), indicherò con ∆t (leggi: delta ti) un lasso di tempo. Potrebbe essere ∆t = un minuto di attesa.
Altro esempio: se con x individuo la mia posizione (x = 100 Km da Palermo sull'autostrada Palermo-Messina), indicherò con ∆x una differenza di posizioni, cioè una lunghezza (∆x = 2 Km al prossimo autogrill). Facile, no ?
Le equazioni differenziali utilizzate in fisica sono profondamente concettuali in quanto hanno un forte legame con il perché dei fenomeni. Pertanto associamo ad esse il significato di leggi di Natura.
Da una sola equazione differenziale possono venir fuori innumerevoli "soluzioni" più descrittive e paragonabili caso per caso ai risultati degli esperimenti.
L'adattamento delle soluzioni alla realtà caso per caso avviene con una operazione fondamentale che sta fra la matematica e la fisica: l'imposizione al problema di "condizioni al contorno" (simmetrie, caratterizzazione del teatro, vincoli, etc.).
La ricerca delle giuste condizioni al contorno per ogni caso particolare è un vero problema scientifico. La ricerca di un universo che risponda ad una sola equazione e non abbia bisogno di alcuna condizione al contorno (non abbia bisogno nemmeno di Dio) è un problema filosofico e a me non interessa.

Se due fenomeni diversi sono schematizzati dalla stessa equazione differenziale e da condizioni al contorno simili, anche le soluzioni saranno analoghe e quindi l'andamento dei due fenomeni sarà simile.
Ad esempio se la corda di un pianoforte vibra con la stessa equazione differenziale di un circuito elettrico ci si può aspettare in entrambi i casi di veder comparire oscillazioni, interferenze e risonanze. Ciò non vuol dire che una corda di pianoforte sia la stessa cosa di un circuito elettrico. Si comportano solo in modo analogo.
I fisici e i matematici hanno molta dimestichezza con le equazioni differenziali e quando ne vedono una spesso intuiscono dove si andrà a parare.
Accade quindi che l'equazione si carichi di significati impliciti al punto da acquistare il ruolo di un simbolo.
Questa tendenza è accentuata dalla definizione di simboli sintetici, che riassumono discorsi lunghi e complicati.
Naturalmente per i non addetti ai lavori questi simboli sono incomprensibili e potrebbe sorgere l'equivoco che essi abbiano significato vago.
Dietro un simbolo siffatto non c'è niente di vago. Tutta la matematica è definita in modo esatto e coerente.
Accade che la fisica moderna si sia fortemente spostata verso la matematica. Pertanto la comprensione avviene al livello di questi simboli e non per similitudine con concetti di quotidiano buon senso.
Allora la fisica sarà sempre più una scienza per addetti ? Spero di no.
La storia ci dice che pian piano si acquista dimestichezza con questi simboli e diventiamo tutti (o almeno chi profitta della scuola) un po più fisici e un po più matematici.
Almeno ci proviamo, sperando che fisici e matematici veri trovino un po di tempo anzitutto per capire bene loro, poi per semplificare per noi .

STRUTTURA DELLA MATERIA

Cerchiamo di raggiungere una scatola cinese abbastanza profonda da intravvedere ψ ma non tale da trovarci troppo impelagati in difficoltà matematiche.
Partiamo da qualcosa di familiare : un po' d'acqua.
Se dividi in due una porzione d'acqua otterrai due mezze porzioni d'acqua.
Questo processo di divisione può essere ripetuto all'infinito ? No. C'è una porzione d'acqua minima che, se ulteriormente scissa, non è più acqua. Questa microscopica porzione di acqua si chiama "molecola" d'acqua.
Le molecole di acqua possono intrattenere tra loro rapporti stretti (ghiaccio solido), rapporti alla lontana (acqua liquida) o ignorarsi (vapore d'acqua gassoso). Visto che questo terzo caso è il più semplice visualizzeremo le molecole di vapore d'acqua come piccolissime sferette sempre in moto.

Molecole gassose

Ogni sostanza in chimica è fatta da molecole di tipo diverso.
Ci sono una infinità di tipi diversi di molecole quindi di sostanze diverse.

Adesso entriamo nella scatola cinese dell'ancora più microscopico e ci chiediamo che cosa c'è dentro queste molecole.
Troveremo "atomi". Per esempio, una molecola di acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno legati insieme.

Molecola d'acqua

Questa struttura semplifica la visione della materia perché di atomi diversi non ce ne sono molti : poco meno di un centinaio.

Ora ci chiediamo di cosa sono fatti gli atomi. Apriamo un'altra scatola cinese.
Il pezzo più rilevante è un "nucleo" , una specie di scatola contenente, fra l'altro, particelle cariche positivamente dette "protoni" (in figura seguente sono circoletti marcati con un +).
Nei pressi del nucleo danzano "elettroni" carichi negativamente (in figura pallini neri marcati con un -), attratti (forze elettromagnetiche) dalla carica positiva dei protoni. I protoni, avendo cariche elettriche dello stesso segno, si respingono tra loro ma vengono tenuti assieme nel nucleo da una colla potente : le "forze nucleari".
Se un nucleo contiene un protone, l'atomo si chiama "idrogeno", se ne contiene due si chiama "elio", se ne contiene tre si chiama "litio" e così via si formano tutti gli atomi.

Quando i protoni dentro il nucleo diventano circa un centinaio le forze nucleari di attrazione non riescono più a vincere le forze repulsive elettromagnetiche, la conta cessa e pertanto esistono solo un centinaio di atomi, diciamo così, stabili.
Di questi atomi, sempre gli stessi, siamo fatti noi, la terra , le stelle e le galassie.
Nella foga stavo per dire l'universo ma i cosmologi mi bloccano ed affermano che ci deve essere in giro altra massa in grande abbondanza (più del 90% del totale).
La chiamano "materia oscura" e nessuno sa cosa sia per cui non ce ne occupiamo.

Adesso il panorama sembra sorprendentemente semplice.
Il puzzle di tutte le specie di atomi si costruisce con una sola particella: il protone.
Gli elettroni che danzano intorno al nucleo non cambiano la natura dell'atomo ma determinano solo la sua carica elettrica: quando gli elettroni e i protoni sono in uguale numero e distribuiti simmetricamente, gli atomi sono neutri e le potenti forze elettromagnetiche non si manifestano all'esterno.
Qualunque alterazione della simmetria degli elettroni determina forze elettromagnetiche piccole o grandi che, fra l'altro, inducono gli atomi a riunirsi in gruppetti che abbiamo chiamato molecole.

Questo semplice schema fatto solo di protoni ed elettroni è molto bello e soddisfacente intellettualmente ma deve essere di molto arricchito perché fuori e dentro il nucleo in realtà abitano una gran quantità di altre particelle cosiddette "elementari", un firmamento.
Sulle particelle elementari non si sa molto: possono avere (ma non sempre hanno) massa, carica elettrica ed uno strano effetto di rotazione chiamato "spin" .
Dirai tu : girano come trottole ? Ebbene girano ma non come trottole. Nessuno sa ben spiegare come girano e riprenderemo il discorso più avanti.

Ci sono altre scatole cinesi a disposizione ? Si. La fisica che studia la struttura interna delle particelle (quark e molto altro ancora) è bella e profonda ma per i nostri scopi è un po' troppo condita di matematica e noi ci siamo stancati di aprire scatole cinesi.
Abbiamo già intravisto ψ sgattaiolare quì e li ? Si.
Per incontrare ψ senza complicarci la vita è sufficiente restringere le nostre osservazioni ad una sola particella elementare: il familiare elettrone, il protagonista della corrente elettrica.

CAUSA ED EFFETTO

La fisica ha un tema ricorrente che possiamo sintetizzare nel rapporto "causa-effetto".
Se dò un calcio ad un pallone questo vola via. Il calcio è la causa, l'effetto è il moto del pallone. Un principio classico detto "principio di realtà" afferma che la causa deve precedere l'effetto.
Ci sono cause che non sono così evidenti come il calcio al pallone.
Ad esempio, se una mela cade da un albero, questa viene attratta dalla terra senza alcuna apparente spinta diretta.
Una prima impostazione della fisica classica, quella di Newton, fu costruita descrivendo una misteriosa "azione gravitazionale a distanza" che "istantaneamente" ogni massa esercita su tutte le altre. Grandi masse esercitano grandi azioni a distanza.
Ad esempio la massa della terra è grande e mi attrae fisicamente più di quanto possa fare una massa più piccola, ad esempio la massa di una bella ragazza (mmhh, c'è qualcosa che non torna).
L'impostazione di Newton, peraltro molto utile nella stragrande maggioranza di casi pratici, entra in crisi per grandi distanze.
Infatti si scopre che l'azione a distanza "non è istantanea" in quanto si propaga nello spazio a "velocità della luce" (300.000 Km/sec).
La fisica classica assume quindi un secondo principio detto "principio di località" secondo cui non esistono fenomeni che si propagano istantaneamente. Un corpo risente solo delle cause che fino a quel momento si sono propagate fino a lui.
Ad esempio se il sole esplodesse all'improvviso, noi ne saremmo informati e coinvolti solo otto minuti dopo.
A questo punto dobbiamo rettificare Newton ed immaginare una azione a distanza non istantanea ma "ritardata".
In realtà, non solo sono attratto dalla terra ma da tutte le masse dell'universo, ognuna con una intensità e un ritardo che dipende dalla sua distanza.
Come vedi l'universo nel suo insieme e addirittura con tutta la sua storia è il protagonista anche del più semplice dei fenomeni.
Il calcolo dovrebbe quindi prendere in considerazione tutte le masse che in passato mi hanno preso di mira e ricostruire così l'effetto attuale. Una pazzia.

Per fortuna si è scoperto che i conti in questi casi si fanno molto meglio se si usa il concetto di "campo dinamico", uno strumento matematico che ricorda un mare con le onde e a cui di volta in volta viene dato un diverso significato fisico.
La differenza intuitiva fra azione a distanza e campo è la seguente:
- la prima visualizza uno spazio vuoto in cui le masse si scambiano qualcosa di simile a scariche di energia,
- il secondo visualizza uno spazio pieno di qualche sostanza simile al mare in cui ogni singola massa crea una perturbazione che si propaga col tempo in tutte le direzioni.
Come vedi dalla figura, una fondmentale differenza fra i due è che l'azione a distanza necessita di almeno 2 attori mentre il campo si crea con uno solo.

Azione a distanza

Campo con onde

Il fatto che sia più facile fare i conti col campo anziché con l'azione a distanza non significa che il campo sia giusto e che l'azione a distanza sia sbagliata.
Si tratta di punti di vista equivalenti ai fini del calcolo come spesso succede in fisica.
Ricorda però che il campo è un oggetto matematico come le addizioni e le moltiplicazioni. Non ha un significato fisico finché non glielo dai tu specificando un campo di “che cosa”. Se non hai idee chiare su quello che stai maneggiando e usi le equazioni del campo, i risultati saranno matematicamente precisi ma altrettanto oscuri. Gli americani dicono “rubbish in, rubbish out” (spazzatura entra, spazzatura esce). Ebbene, per la fisica quantistica potrebbe sorgere il problema perché il protagonista del campo quantistico si nasconde nelle scatole cinesi più profonde.
In questi appunti farò riferimento a due candidati a recitare il ruolo di protagonista del campo quantistico. Questi due candidati danno origine a due impostazioni di fisica diverse, estremamente precise e utili che però ancora non hanno trovato il loro punto di completa fusione :
1) La fisica quantistica con il suo leader filosofico Bohr afferma che il caso genera leggi di Natura e determina il comportamento delle particelle nel teatro dello spaziotempo . Questa visione genera il mare più equivoco che si possa immaginare: "il campo di probabilità".
2) La fisica relativistica con suo leader Einstein afferma che lo spaziotempo stesso si deforma e la deformazione dà origine all'energia e alla massa (in quanto essa stessa energia concentrata). Come vedi in questa visione il teatro e gli attori si compenetrano elegantemente in un solo soggetto: "il campo di deformazioni dello spaziotempo".

Ritengo, senza presunzione di certezza, che ci sia del vero sia nell'una che nell'altra affermazione e più precisamente che lo spaziotempo (in versione più o meno complicata e con modalità tutte da stabilire) origini leggi di Natura e il caso faccia da tramite fra queste leggi e la loro percezione umana.
Per percezione umana non intendo tuttavia quella psicologica ma quel complesso di leggi che vanno sotto il nome di Fisica Classica e sono basate su concetti intuitivi di massa, forza, spazio, tempo.
Come vedi, sembra che il superamento delle apparenze passi attraverso il superamento anzitutto del quotidiano buon senso, poi della fisica classica, poi della fisica quantistica probabilistica per approdare ad una qualche forma di perturbazione dello spaziotempo se non addirittura ad un superamento dello stesso spaziotempo.
Il programma di questi appunti è di portarti dentro e poi traghettarti fuori dalla fisica classica e poi dentro e fuori anche dal campo di probabilità andando in verità un po controcorrente perché alcune idee (a mio modesto avviso discutibili) che circolano fra illustri fisici e filosofi derivano dalla attribuzione al campo di probabilità di un ruolo di realtà ultima ("La vera logica di questo mondo è il calcolo delle probabilità"- Maxwell)

RAFFICHE DI LUCE

Un primo sintomo ci colpisce : le particelle elementari, gli atomi e le molecole dello stesso tipo sono uguali fra loro, non simili, non quasi uguali ma perfettamente identiche !
Ti sembra normale che , due molecole d'acqua, due atomi di idrogeno , due elettroni, siano identici ? Conosci due pianeti, due persone, due alberi, due oggetti qualsiasi che siano identici ?
“... la somiglianza fra molecole è così marcata che..... la formazione di una molecola è un evento che non appartiene all'ordine della natura nel quale viviamo ... esso deve essere riferito all'epoca... non alla formazione della terra o del sistema solare ... ma all'instaurarsi dell'esistente ordine della natura ..." - Maxwell
Osserviamo due elettroni. Hanno ambedue carica elettrica uguale e negativa quindi si respingono (ricordo del liceo). Ma come fanno ? La fisica classica di Maxwell (1831-1879) risponde che tra loro si esercita una forza di repulsione di tipo elettromagnetico, qualcosa che ha molto a che fare col concetto di campo e di onde.

La fisica quantistica di Plank-Einstein (primo novecento) afferma invece che si comportano come due postazioni di mitraglieri: ognuno spara sull'altro una serie impressionante di colpi. Ad ogni colpo sparato o ad ogni colpo subito, l'elettrone rincula dando l'impressione di essere sollecitato da onde elettromagnetiche.

La fisica quantistica di Plank-Einstein (primo novecento) afferma invece che si comportano come due postazioni di mitraglieri: ognuno spara sull'altro una serie impressionante di colpi. Ad ogni colpo sparato o ad ogni colpo subito, l'elettrone rincula dando l'impressione di essere sollecitato da onde elettromagnetiche.
Cosa sono questi proiettili ? Particelle elementari prive di massa, apparentemente inconsistenti, si chiamano "fotoni" e viaggiano alla velocità della luce, sono luce.
Gli elettroni assorbono e emettono luce, si scambiano energia sotto forma di luce.
Le ottocentesche onde classiche di Maxwell sono quindi in realtà una pioggia di fotoni.
Addirittura i fisici dividono le particelle in due categorie: i "fermioni" (in onore di Enrico Fermi) sono come mitraglieri che si sparano fra loro e i "bosoni" (in onore di Bose ed Einstein che ne studiarono il comportamento) sono i proiettili.
Noi però andiamo avanti con i nostri soliti protagonisti e quindi identifichiamo l'elettrone come il rappresentante di tutti i mitraglieri-fermioni e il fotone come il rappresentante dei proiettili-bosoni.

MISURA

Che significa osservare un solo fotone ? Significa cacciare uno strumento fra i due elettroni e catturare un fotone vivo. Qui però cominciano i guai.
Anzitutto il fotone da fermo non esiste, non ha massa, viaggia sempre a velocità della luce, assomiglia ad una scarica di energia, una specie di inafferrabile fulmine tra due nuvole.
Che strumento vorremmo cacciare fra i due elettroni ? Gli strumenti sono oggetti macroscopici, universi di molecole, di atomi, di particelle.
Se inserissimo uno strumento fra i due elettroni la scarica avverrebbe tra uno dei due elettroni e lo strumento. In altri termini noi non osserveremo più il fenomeno originale ma tutta un'altra cosa.
Che cosa sta succedendo ? Stiamo entrando nel regno della fisica quantistica.
Noi siamo esseri macroscopici e non possiamo più osservare direttamente un fenomeno così delicato senza disturbarlo profondamente.
Che cosa vedono veramente gli strumenti ? Talvolta misurano flussi di particelle, talvolta contano le particelle che catturano. Alcuni rivelatori (camere a condensazione) fotografano scie di bollicine generate dalle particelle in viaggio come fossero comete. Comunque gli strumenti vedono sempre particelle.

Fotografie di numerose scie di particelle ottenute in una camera a condensazione.

Gli strumenti riescono a vedere direttamente ψ ? No. La realtà quantistica non viene alla luce direttamente: si deduce osservando il comportamento delle particelle.

Osserva la prossima figura sotto a sinistra: una particella (nera) attraversa una struttura atomica cristallina, quindi regolare, e , colpendo un atomo (bianco) lo scaglia fuori dalla sua posizione creando così una lacuna (un posto vuoto) nel reticolo cristallino. Osservando la lacuna nel cristallo possiamo stabilire il punto di passaggio della particella e quindi marcare un punto della sua traiettoria.
La particella (nera) ha anche cambiato la sua originaria direzione e ha ceduto una parte della sua energia; non è più la particella di prima.

Nella figura a destra la particella è invece riuscita ad attraversare il cristallo senza lasciare traccia del suo passaggio. Non essendoci traccia, non c'è misura.
Come vedi, specie a livello atomico, sembrerebbe impossibile effettuare una misura che non interferisca col fenomeno originale modificandolo più o meno profondamente.

In particolare sembrerebbe impossibile ottenere una informazione sperimentale senza che sia avvenuto uno scambio permanente di energia fra la particella osservata e lo strumento di misura. Addirittura si può identificare la misura con lo scambio permanente di energia che ha cambiato la particella originale e lo strumento.
Significa questo che la fisica non può più contare sull'esperimento ? No, per fortuna. Significa che la fisica sperimentale lavora in modo più indiretto.
Facciamo un esempio: un certo Schrodinger ha scritto una importante equazione che, fra l'altro, rappresenta molto bene il comportamento degli elettroni in un atomo. Sulla base di questa equazione la chimica ha una base teorica solida e gli esperimenti di chimica non fanno che confermare la validità dell'equazione di Schrodinger.
Questo però non vuol dire che possiamo cacciare uno strumento fra gli elettroni che circondano un atomo e osservarli direttamente. Le informazioni sulla correttezza dell'equazione le ricaviamo indirettamente, ad esempio dalla chimica stessa o dalla spettroscopia della luce emessa dagli atomi. In generale tutte le teorie di fisica quantistica (e non solo quantistica) trovano conferma indiretta.
Così le equazioni restano l'unico ponte fra la realtà e la base sperimentale. Le interpretazioni più o meno intuitive di queste equazioni ci intrigano ma per molti scienziati lasciano il tempo che trovano.
Hanno ragione questi scienziati ? Si e no. E' un punto di vista utilitaristico ai fini del calcolo e delle applicazioni pratiche. Un buon modello fisico intuitivo aiuta sia chi apprende che chi ricerca. In assenza di un modello fisico intuitivo, la ricerca consiste nell'ipotizzare al buio nuove formule di matematica e confrontare risultati ed esperimenti (come in realtà si fa da un po di tempo).

"Alcuni fisici si accontentano di avere un insieme di regole che portano a risultati in accordo con gli esperimenti. Essi pensano che questo è lo scopo della fisica. Ma questo non basta. Si deve arrivare a capire come funziona la Natura." - Paul Dirac

ONDE E CORPUSCOLI

A questo punto conviene fare una precisazione di termini.
Chiameremo particelle elementari o semplicemente "particelle" gli oggetti, come gli elettroni, che non possono essere ulteriormente suddivisi (almeno così sembra).
Queste particelle le designeremo come "corpuscoli", quando ne vorremo mettere in evidenza la natura puntiforme, od "onde" , quando ne vorremo mettere in evidenza la natura diffusa nello spazio. I corpuscoli hanno una posizione precisa nello spazio, le onde no, tendono sempre ad espandersi e riempire tutto lo spazio disponibile.
Quindi la dizione “particella” è generica e non chiarisce se stiamo parlando di corpuscolo od onda.
Potrebbe apparire contraddittorio che una presenza diffusa come un'onda possa apparire come un corpuscolo.
I corpuscoli materiali puntiformi sono una definizione della fisica classica di Newton e tutt'oggi formano il primo nucleo di studio scolastico della fisica.
Essi sono associati all'idea di materia intesa come qualcosa di solido, basilare ed indistruttibile.
Le onde sono una realtà diffusa generalmente associata al mare, ai suoni, alle onde radio. Esse richiamano una realtà in continuo mutamento come nuvole nel cielo, che creano immagini, spettri, illusioni.
Si sa che le onde del mare sono a loro volta generate dal moto delle molecole d'acqua, che le onde sonore sono generate dal moto delle molecole di un gas , che le onde elettromagnetiche sono una pioggia di fotoni e che quindi le onde classiche sono fatte a loro volta di corpuscoli in moto.
E' invece molto più duro digerire il fatto che la materia dei corpuscoli sia fatta a sua volta di onde, null'altro che onde.
Questa sorprendente conclusione gira attorno al personaggio più sorprendente della fisica contemporanea : Albert Einstein.
Einstein infatti con Lorenz e Minkowski è il fondatore della Teoria della Relatività, che fra l'altro, attraverso la famosa relazione

E = m c²

porta alla conclusione che massa ed l'energia sono due aspetti di uno stesso fenomeno.

All'inizio effettivamente la cosa sembrava un po strana ma da quando l'energia nucleare è entrata nella nostra vita sappiamo quale potenziale si può sviluppare annullando una piccola massa.
Ancora Einstein e Planck sono gli gli iniziatori della Fisica Quantistica con la scoperta che gli elettroni si scambiano energia attraverso i fotoni. Anche qua abbiamo una formula famosa

E = ħ ω

che mostra la coincidenza (per singole particelle) dell'energia E con la frequenza ω di pulsazione di ψ.

Il prodotto delle due affermazioni porta alla intuizione che la massa, l'energia e la vibrazione di ψ sono aspetti dello stesso fenomeno è che i singoli corpuscoli, inclusi i fotoni ed elettroni, sono sistemi vibranti. Essi pulsano ed emettono a loro volta onde nello spaziotempo.

Le onde si incontrano tra loro, si combinano e così facendo formano percorsi privilegiati, una rete di immaginarie autostrade sulle quali le stesse particelle-onde si indirizzano disciplinate come automobili magari cercando la via più comoda per il viaggio.

Quindi l'ambiguità corpuscolo-onda in sé perde senso rimandando la faccenda ad un semplice punto di vista in funzione della scatola cinese che stai osservando.
A questo punto lo scambio di fotoni fra elettroni non appare più come un esercizio di artiglieria ma come un rapporto fra gruppi di onde.

In questa visione il fotone come particella indipendente non ha una esistenza propria. Nasce come rapporto e finisce quando il rapporto cessa (come l'amore).
Nel corso di un rapporto, due particelle-onde appaiono fuse in un solo sistema e le due particelle si dicono "entangled" (intrecciate). La loro specialissima fisica è quella delle onde ψ nello spaziotempo in un regime di profonda coerenza e simmetria spaziale e temporale ("entanglement").
In particolare i fenomeni quantistici avvengono indifferentemente in avanti nel tempo (dal passato al futuro) e all'indietro nel tempo (dal futuro verso il passato) generando una sostanziale "atemporalità" in cui la causa e l'effetto non sono ben distinti e si scambiano il ruolo, mentre acquista peso la visione della storia come "forma dello spaziotempo".
In questa fisica un sistema può apparentemente dividersi in più parti e queste parti possono allontanarsi indefinitamente conservando però un legame forte nello spazio (delocalizzazione) e nel tempo (atemporalità). Addirittura tutto l'universo appare come un unico sistema entangled.
La meravigliosa fisica dell'entanglement è necessaria per indagare la struttura intima delle particelle, degli atomi, delle molecole e di pochi sistemi a misura umana che riescono a conservare meglio le caratteristiche ondulatorie di ψ (laser, fluidi superconduttivi a temperatura dello zero assoluto).

Si dice che un modello fisico è deterministico (qualcuno in senso dispregiativo usa il termine : meccanicistico) quando, le cause e gli effetti sono strettamente correlati.
Per i fenomeni macroscopici, in cui il tempo sembra scorrere solo in avanti, data la completa descrizione di un sistema qua e ora (si dice lo "stato del sistema") , si può prevedere la sua storia futura.
Quella delle onde è una realtà deterministica ? Si ma c'è un nuovo protagonista che si è inserito nel nostro panorama: il "caso".
Il caso, rappresentato dalla teoria matematica "statistica" e "probabilistica", si presenta in fisica ogni qual volta il numero dei soggetti, onde o corpuscoli, diventa enorme e non sia più praticamente possibile calcolare le caratteristiche di un sistema dalla somma dei suoi componenti : ad esempio, una nazione è una somma di individui ma è difficile ottenere le caratteristiche di una nazione sommando la descrizione degli individui e dei loro rapporti ad uno ad uno.
Anche quando i protagonisti sono solo onde avviene lo stesso fenomeno: man mano che aggiungi onde, gli insiemi diventano complicati, non necessariamente perché si manifestino nuovi fenomeni ma perché tante onde che interagiscono insieme fanno una bella incalcolabile confusione. A questa confusione si dà il nome di "decoerenza" . Naturalmente la decoerenza esiste solo nella testa dell'osservatore confuso, che ha perso il conto dei troppi attori che giocano parti diverse e quindi deve avvalersi delle teorie del caso e cogliere simmetrie che semplifichino il problema.
Sono d'accordo con chi considera la decoerenza (e più in generale la statistica) come un velo che si frappone fra la realtà apparente e una più profonda . Non sono d'accordo con chi conclude che la realtà è una illusione dominata dal caso.
Come vedremo meglio in seguito, con la decoerenza si perde qualcosa dei fenomeni naturali profondi.
Quello che non si perde è la "frequenza" di ψ o, nel linguaggio della fisica classica, "energia" e "massa".
Quello che si perde si chiama "angolo di fase" di ψ e viene percepito classicamente come un "rapporto tra causa ed effetto", l'essenza stessa del determinismo.
Andando perduto, l'angolo di fase di ψ non ha un corrispettivo classico ma viene sostituito dal cosiddetto "principio della minima azione" di cui parleremo in seguito.

Come funziona la decoerenza ?
E' come se in una bella chiacchierata senza tempo a due, in cui si può tornare indietro a riesaminare ogni argomento, approfondire e magari cambiare opinione su tutto per cercare di scoprire insieme qualcosa di nuovo, si intromettesse una folla di altri interlocutori e ognuno dicesse la sua magari con molta foga cercando di spingere gli altri verso una conclusione, una decisione e magari un'azione.
Dopo un po' avresti l'impressione che in questa assemblea rimbalzino solo slogan, parole evocative, minacce, lusinghe, emozioni, affermazioni brevi e decise, leadership e fidelizzazione ma i discorsi lunghi e concettosi non girano più e i ripensamenti sembrano sintomi di debolezza, errore, incoerenza o disonestà.
La ricerca obbiettiva e sincera della verità ha ceduto il posto alla più redditizia ricerca del consenso o più semplicemente alla sopraffazione con vincitori e vinti. Nella logica dei leaders vincitori e soprattutto delle masse che sono state convinte a seguirli, le cose dette o fatte sono senza ritorno, c'è qualcosa che spinge sempre in avanti verso il futuro. Il libero pensiero è atemporale, l'azione vive nel tempo.
Similmente la teoria del caso, come vedremo, introduce la "freccia del tempo" (i fenomeni avvengono in apparenza solo dal passato verso il futuro e non viceversa).
La fisica della decoerenza è in ogni caso necessaria per prevedere quello che gli strumenti misureranno e si riallaccia sperimentalmente ai risultati offerti dalle teorie classiche, nate prima della fisica quantistica osservando grandi insiemi di particelle come i corpi solidi, liquidi e gassosi.
La misura mediante strumenti di laboratorio è di per sé un'intrusione grossolana nei fenomeni quantistici e quindi crea per definizione decoerenza nel fenomeno sotto osservazione.
Anche i nostri sensi sono strumenti e quindi anche loro raccolgono ed elaborano una realtà decoerente. Il nostro cervello lavora quindi su dati decoerenti.
La teoria dei campi quantistici è una felice e potentissima mistura matematica di fisica ondulatoria coerente e fisica probabilistica decoerente.
Tuttavia proprio perché “mistura” essa non appare il veicolo migliore per capire ma piuttosto per calcolare correttamente.
Nel seguito cercherò di evitare per quanto possibile la mistura per concentrarmi sulla fisica ondulatoria coerente. Riusciremo così a compiere una transizione fantastica tra la realtà classica quale ci appare (i corpuscoli) e la realtà profonda quantistica (le onde).
Le visioni intermedie di questa transizione presentano i caratteri assurdi di una mistura di comportamenti contemporanei delle onde e dei corpuscoli ma basarsi su queste assurdità significa, a mio avviso, rinunciare al senso profondo della fisica e pescare nel torbido delle temporanee contraddizioni.
Ti offro una sintesi della transizione in una tabellina. Le grandezze a sinistra sono quelle classiche (l'apparenza), quelle a destra sono l'equivalente quantistico.

Fisica Classica	Fisica Quantistica
Spazio e tempo ordinari	Spaziotempo
Nulla	Onde progressive di ψ
Corpuscolo	Onde stazionarie di ψ
Probabilità di misura di un fenomeno	Ampiezza di ψ (al quadrato)
Massa ed Energia di un corpuscolo	Frequenza di ψ
Causa ed effetto o Principio della minima azione	Angolo di fase di ψ

Naturalmente questi paralleli per ora ti appariranno nebulosi (come tutto questo paragrafo) perché gran parte dei termini non sono stati definiti. Questa tabellina è il nostro programma di lavoro.

DIBATTITI, CONCLUSIONI E INFORMAZIONE

Ormai siamo abituati a considerare dibattito un vociare senza punti di riferimento chiari, senza vincoli, senza dimostrazioni, senza conclusioni e senza effetti se non propagandistici.
Per fortuna i fisici non dibattono solo a chiacchiere. Generalmente i risultati dei vari lavori e gli indispensabili confronti con gli esperimenti vengono pubblicati in riviste specializzate e presentati nei congressi.
Quando ognuno ha detto la sua, in genere cala il sipario e sembra che la cosa sia morta li. Ma questo è proprio il bello.
In ultima analisi una teoria ha successo quando, in tempi più o meno lunghi, viene ripresa e valorizzata da altri fisici a loro volta animati dall'ambizione di ulteriori scoperte. Talvolta una buona idea viene subito raccolta, talvolta dorme per lunghi anni, talvolta si perde perché non viene notata e magari viene riscoperta da qualcuno più tardi. La maggior parte delle idee comunque non ha seguito perché ritenute errate o inutilmente complesse o comunque prive di nuovi risultati.
I fisici non sono angioletti e come tutti gli uomini sono soggetti a speranze, illusioni ambizioni, cupidigia, invidie, cattiverie. Tuttavia per fortuna essi non possono perseguire troppo a lungo strade sbagliate perché la Natura si incarica di premiare le idee giuste con riscontri sperimentali e di lasciare a secco le strade sbagliate. Quando la ricerca non ha conferme sperimentali, conviene tornare indietro e cercare altri punti di partenza magari fra le idee accantonate.
La presenza della Natura nell'ambiente degli scienziati, rende questo ambiente comprensibile ed anche apprezzabile. Infatti le regole del gioco sono chiare: non importa dello scienziato il sesso, la bellezza, l'eloquenza, l'intelligenza, la razza, la nazionalità, la nobiltà, il carattere. Contano solo le teorie confrontabili con gli esperimenti, punto e basta. Se vuoi un posto di rilievo devi scoprire qualcosa di nuovo e di verificabile da tutti, il resto è effimero.
Ovviamente questo ambiente eterogeneo e variamente diffuso nel mondo si giova della libera circolazione di idee e soffre dello scontro (anche della semplice vicinanza) con idee preconcette (ideali politici e morali, principi filosofici e religiosi, strategie di potere, abitudini, mode, buon senso, atteggiamenti sentimentali).
Ci sono idee fisiche generalmente accettate, idee interessanti ed idee superate ma in ambito scientifico non c'è un tribunale che lo decida. Semplicemente le buone idee sono volontariamente utilizzate da tutti i fisici perchè danno buoni risultati. Sulle questioni interessanti si ricerca e si disserta. Le idee presumibilmente superate sono quelle che vanno in sonno.
Ovviamente il grande pubblico non ne ne accorge poiché ne viene a conoscenza spesso in modo distorto attraverso la massa dei media, in genere legati a ragioni di cassetta attraverso l'audience. Tranne poche e benemerite eccezioni editoriali, la cassetta si fa dicendo alla gente quel che vuole sentire e nei modi in cui lo vuole sentire. Se i dischi volanti fanno cassetta non vanno mai in sonno.
In particolare c'è un dettaglio (dovuto a Bohr e sopratutto ad Heisemberg) di una interpretazione (detta di Copenhagen) che riscuote successo fra mistici e filosofi :
"Lo svolgimento di un fenomeno sarebbe influenzato da un atto di coscienza di un osservatore che prende visione di una misura sperimentale" (un po come dire che la realtà fisica è soggettiva).
Non è una legge di fisica. Si tratta solo di una bizzarra e vetusta interpretazione del risultato di alcuni esperimenti da cui emergeva l'insormontabile difficoltà di effettuare una misura senza perdere la coerenza di ψ.
Per il momento riporto solo un brano di un illustre e collaudato testo di fisica quantistica molto usato da tempo nelle università di tutto il mondo.
"Se un elettrone entra in interazione con un "oggetto classico" (oggetto spesso macroscopico descrivibile con le leggi della fisica classica), lo stato di quest'ultimo, in generale, cambia. Il carattere e la grandezza di questo cambiamento dipendono dallo stato dell'elettrone e possono quindi servirgli di caratteristica quantitativa.
Pertanto l' "oggetto classico" è comunemente definito "strumento" e si parla del suo processo di interazione con l'elettrone come di una "misura". Occorre tuttavia precisare che con questo non si suppone un processo di misura a cui partecipa un osservatore fisico. Per processo di misura nella meccanica quantistica si intende qualsiasi processo di interazione fra oggetto classico e oggetto quantistico che avvenga, a prescindere e indipendentemente da un osservatore qualsiasi." Landau-Lifsit - Meccanica Quantistica [1]

PRIMO COMMIATO

Ho detto in fretta e furia quello che potevo dire. Non so se sei ancora interessata a proseguire la lettura.
Se quello che cerchi è “la realtà ultima” non la troverai in questi appunti.
“Sono nato non sapendo e ho avuto solo poco tempo per cambiare la situazione qui e lì” - Richard Feynman, lettera ad Armando Garcia .
Ugualmente non troverai la conferma che “la coscienza determina lo svolgimento dei fenomeni fisici” né che la “realtà è una insondabile illusione”.
E allora ? Alla fine avremo in mano qualcosa di più ? Si, credo di si. Attraverso la fisica si può percepire ψ, ci si può abituare alla sua compagnia e intuire le sue dimensioni nascoste .
E dove mettiamo la filosofia, la coscienza e tutto il resto ?
Certo filosofeggiare è necessario, parlare liberamente è un diritto e chiacchierare rilassati è un piacere ma l'importante è distinguere.
I discorsi vaghi si assomigliano e si confondono. Accostare parole e tirare conclusioni è facile (lo sto facendo anch'io qua e là). Anche gli scienziati hanno fantasia e che fantasia !
Ma anche loro (e sono tanti) quando ipotizzano qualcosa (con mille precauzioni e tanto metodo) alla fine quasi sempre si accorgono di aver sbagliato.
Sai quante sono le teorie di fisica buone, quelle che usiamo con sicurezza, quelle che non hanno eccezioni nel loro campo di azione ? Meno di 10 (parola di Feynman).
Se applichi queste puoi teoricamente prevedere il futuro (dei fenomeni fisici) e verificare le previsioni con esperimenti, si possono costruire macchinari fantastici e usarli con disinvoltura.
Dico questo perché qualcuno pensa che, avendo in mano un oggetto mirabolante come ψ, si possa accostare tutto con facilità : costellazioni e umori, vite passate e vite future, sogno e realtà .....
Questi accostamenti sono fisicamente possibili ? La risposta è sempre la stessa : "forse".
Il fatto è che la domanda giusta non è se un fatto è "possibile" o meno ma se è "vero" o "falso" (o quantomeno “quanto è probabile”) ovvero se la Natura è proprio fatta così oppure funziona in un altro modo.
Qualcuno obietta che l'atteggiamento scientifico non è aperto. Non è vero.
Per quante conferme sperimentali una teoria consolidata possa avere, l'atteggiamento tipico dello scienziato contiene un fondo ineliminabile di dubbio e quindi di apertura. La sicurezza fa parte del bagaglio del leader, del religioso, del guerriero, degli innamorati ma non dello scienziato. La scienza ha conquistato con sofferenza il diritto al dubbio e adesso lo custodisce come un bene prezioso.
“Noi dobbiamo incidentalmente chiarire sin d'ora che se una cosa non è scienza non è necessariamente cattiva. Per esempio l'amore non è una scienza. Così se si dice che qualcosa non è una scienza non significa che è sbagliata ; significa solo che non è una scienza.” R. Feynman
E' vero che noi tutti abbiamo bisogno di molte risposte che la scienza non ci può dare. Ci sono le Religioni che raccolgono questa obiettiva e generalizzata domanda di Dio e ci consentono di non impazzire, di vivere e agire umanamente, serenamente e moralmente in una prospettiva alta (fanatici di ogni confessione permettendo).
Non è tutto ma non è poco.
Nella seguente, intuitiva figura, il mistero è rappresentato da punti interrogativi.
Molti altri punti interrogativi nascosti si moltiplicano man mano che si va verso la parte superiore e quindi verso la complessità.

Mi è stata fatta una osservazione: Se la fisica ha le idee così chiare su quello che descrive, come mai illustri scienziati, filosofi e divulgatori diffondono visioni non solo diverse ma anche talvolta allucinate e confuse della fisica contemporanea ?
Non sempre le scatole cinesi sono disposte in modo così ordinato da scoprirle una alla volta mantenendo nel contempo una visione limpida del contesto.

Scatole cinesi profonde emergono

All'attuale livello di conoscenza, una qualche scatola cinese profonda e sconosciuta sta emergendo, influenzando pesantemente la fisica contemporanea e impedendole di apparire chiara ed autoconsistente.

Siamo quindi di fronte ad eleganti teorie con ottimi risultati in termini di calcoli e previsioni ma sembra che manchi qualcosa di essenziale alla comprensione.
La teoria della relatività e la fisica quantistica non sono teorie definitive.
I giovani hanno pane per i loro denti !