Capire l’universo con due manopole - Pensarediverso. Fisica e metafisica quantistica.

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Antologia > Fisica quantistica
Capire l’universo con due manopole



Già nei due celebri Congressi Solvay di fisica del 1911 e del 1913 si prese coscienza della necessità di una nuova costante, che rendesse possibili calcoli che, altrimenti, sarebbero impossibili. Da qui nacque una delle più sorprendenti scoperte legate all’avvento della fisica quantistica: l’universo funziona proprio a scatti.
1-Continuo o discreto, di che parliamo?
Anzitutto, sarà bene illustrare il significato dei due concetti “continuo” e “discreto”. Le due manopole lo rappresentano chiaramente. Immaginiamo che siano due manopole della nostra cucina. La manopola a sinistra può essere girata con un movimento continuo, questo significa che l’energia può essere erogata al fornello in qualsiasi valore compreso tra l’inizio e la fine della corsa della manopola. Quella a destra, invece, funziona scatti: questo significa che l’energia può esser erogata soltanto in base ad alcuni valori prestabiliti dal costruttore. Nella manopola a destra i valori sono erogabili in modo discreto, cioè sono possibili incrementi fissi di 5. Dunque, tra 40 e 60 potrete erogare energia solo nella quantità 40, 45, 50, 55 o 60. Con l’altra manopola a sinistra, invece, potreste erogare energia in modo continuo. Significa che potreste erogare qualsiasi valore, per esempio 40, 41 o 42. Naturalmente potreste erogare anche ogni valore tra 40 e 41, per esempio 40.01, 40.02, ecc.
Se la meccanica dell’erogatore lo permettesse, potreste erogare anche valori compresi tra 40.01 e 40.02. Cioè, meccanica permettendo, potreste erogare qualsiasi quantità di energia, suddividendo all’infinito lo spazio di rotazione della manopola.

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2-Achille e la tartaruga

I filosofi dell’antichità conoscevano questi concetti. Zenone di Elea è un filosofo greco vissuto nel V° secolo avanti Cristo.
Zenone immaginava una realtà continua, nella quale anche il tempo scorreva in modo continuo, Su questa base elaborò il paradosso detto di “Achille e la tartaruga”.
Achille sfida una tartaruga alla corsa. Egli corre molto più velocemente della tartaruga, quindi le concede un vantaggio di dieci metri, pensando che potrà raggiungerla e superarla in pochissimo tempo. Nonostante ciò, Zenone dimostra che Achille non potrà mai raggiungere né superare la tartaruga. Lo scrittore argentino Jorge Luis Borges fornisce una delle descrizioni più conosciute di questo paradosso:
«Achille, simbolo di rapidità, deve raggiungere la tartaruga, simbolo di lentezza. Achille corre dieci volte più svelto della tartaruga e le concede dieci metri di vantaggio. Achille corre quei dieci metri e la tartaruga percorre un metro; Achille percorre quel metro, la tartaruga percorre un decimetro; Achille percorre quel decimetro, la tartaruga percorre un centimetro; Achille percorre quel centimetro, la tartaruga percorre un millimetro; Achille percorre quel millimetro, la tartaruga percorre un decimo di millimetro, e così via all'infinito; di modo che Achille può correre per sempre senza raggiungerla».
Un altro filosofo greco, Aristotele, fornisce una spiegazione “metafisica” del paradosso. Secondo Aristotele, il tempo e lo spazio sono potenzialmente divisibili all'infinito, ma non sono divisibili nella pratica. Una distanza finita, che secondo Zenone non è percorribile perché divisibile in frazioni infinite, è infinita nella considerazione mentale, ma in concreto si compone di parti finite e può essere percorsa.
3-Quale è la realtà?

In effetti, la spiegazione di Aristotele assomiglia molto ad un arrampicarsi sugli specchi e lascia un po’ di amaro in bocca, una sensazione di incompletezza.
E se Zenone avesse ragione? Certamente, Zenone avrebbe ragione se l’universo funzionasse in modo continuo. Per la verità, tutti noi siamo convinti che l’universo funzioni così. Nella nostra esperienza quotidiana, tutte le cose ci sembrano funzionare in modo continuo. Mentre guidiamo la nostra automobile sappiamo che premendo più o meno l’acceleratore, l’auto procede più o meno velocemente, senza soluzione di continuità: siamo convinti che, se il pedale fosse infinitamente sensibile, potremmo variare la velocità in modo analogo. Non possiamo concepire che la nostra auto possa procedere solo a 40, 45 o 50 km/ora: sarebbe un bel procedere a scatti!
Ma siamo veramente convinti che la nostra auto non proceda a scatti?
Quando diciamo che “il sole ci bagna”, immaginiamo che i suoi raggi fluiscono in modo continuo sul nostro corpo, simili all’acqua. Non possiamo immaginare che la sua luce e il suo calore ci colpiscano a scatti.
I nostri sensi ci dicono che non è così. Già, i nostri sensi. E se i nostri sensi ci ingannassero?

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4- L’universo funziona a scatti.

Una delle più sorprendenti scoperte legate all’avvento della fisica quantistica, è che l’universo funziona proprio a scatti. L’energia non fluisce in modo continuo, ma in modo discreto. Dunque, Aristotele ci aveva azzeccato:
Una distanza finita, non è divisibile in frazioni infinite, perché è infinita soltanto nella considerazione mentale. Nella pratica, quella distanza si compone di parti finite e può essere percorsa.
Già nei due celebri Congressi Solvay di fisica del 1911 e del 1913 si prese coscienza della necessità di una nuova costante, che rendesse possibili calcoli che, altrimenti, sarebbero impossibili. Introducendo nei calcoli questa costante, tutti i modelli insoluti potevano essere ricondotti a una spiegazione unitaria. La costante prese il nome dello scienziato che per primo l’aveva introdotta nei suoi calcoli, Max Planck.
Planck utilizzò questa costante senza comprenderne il vero significato, lo fece solamente perché questa costante rendeva plausibile la sua formula sull’emissione di radiazione elettromagnetica dei corpi oscuri.
La costante di Planck presuppone che l’energia presente nell’universo non è “liquida”, ma “granulare”. Ogni granulo (al momento) non è ulteriormente divisibile. La quantità di energia presente in un granulo è detta “quanto di energia”, In effetti, i “granuli” non esistono, sono solo una definizione di comodo. Esistono i quanti di energia. La fisica che studia il funzionamento dell’universo a livello dei quanti di energia, è detta fisica quantistica.
Poiché materia ed energia sono intercambiabili, secondo la nota formula di Einstein e_mc2, tutto l’universo è “granulare”, cioè quantizzato.
Non ce ne accorgiamo perché il valore di un quanto di energia è estremamente basso. Il tempo di Planck è stimato in 5,39×10−44 secondi, e la lunghezza di Planck è stimata attorno a 1,62×10−35 metri.
5-Diversi livelli di realtà

Quanto appena detto, assieme a tutte le maggiori scoperte della fisica moderna, come la teoria della relatività e la teoria quantistica, dimostrano che quella che noi definiamo “realtà” è solo una visione molto parziale della vera realtà. In pratica, per noi la realtà non è ciò che realmente esiste, ma ciò che i nostri sensi ci fanno percepire.
Se definiamo la realtà percepita dai nostri sensi come “realtà macroscopica”, dobbiamo riconoscere che esistono altri livelli di realtà che noi non percepiamo, ma nei quali siamo immersi. La realtà relativistica si manifesta alle grandissime dimensioni, ed è una realtà dove tempo e spazio sono elastici. La realtà quantistica è una realtà dove nulla più è certo, ma tutto è soltanto probabilistico. A livello quantistico non esiste più la materia come noi la conosciamo, esistono solo vibrazioni energetiche (vale anche per i nostri corpi). Infine, la fisica quantistica apre un orizzonte su un livello prettamente non-materiale, detto non-località. Qui non esistono né tempo né spazio, l’universo diventa “unus mundus”, una sola cosa in cui tutto interagisce come in una grande mente globale.

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