percorso di Marco Capogni
La discontinuità prevista nella natura circa 2500 anni fa da Democrito (ipotesi atomistica della materia) torna ad essere non solo realtà ma alla base della realtà stessa con il “quanto di azione” di Planck. L’esistenza di tale quanto portò Bohr ad affermare che il vero ‘problema dei fisici divenne […] quello di sviluppare una generalizzazione razionale della fisica classica in grado di incorporare armonicamente il quanto d’azione’ [9]. Lo sviluppo della fisica classica (che conobbe con la teoria della relatività la sua massima espressione) subì infatti una forte discontinuità con il ‘quanto di azione’, che creò un’insanabile frattura con il determinismo della fisica di Galileo e Newton e con la rappresentazione della realtà che tale fisica proponeva. Come sostenne lo stesso Bohr: “In generale possiamo dire che la descrizione spazio-temporale e causale si presta all’ordinamento delle nostre esperienze usuali solo in ragione della piccolezza del quanto d’azione rispetto alle azioni da noi incontrate nei fenomeni ordinari” [9]. Tutto ciò introdusse nella fisica il concetto di complementarità presente nella realtà attraverso il nuovo oggetto quantistico dell’onda-corpuscolo a tal punto che portò Bohr ad affermare che: ”il contrario della verità può darsi sia un’altra verità” [37].
Contrariamente all’affermazione di Leibniz, in perfetta linea in questo caso con Newton, la fisica quantistica pone in evidenza che ‘natura facit saltus’. Il tentativo di discretizzare l’intera realtà (seguito all’introduzione del ‘quanto elementare di azione’ per eliminare un infinito in natura non conciliabile con le osservazioni), sino addirittura ad arrivare alla struttura dello spazio-tempo, mette in rilievo anche che la natura aborre situazioni in cui si manifestano quantità infinite.
Sembra così recuperabile, grazie all’ipotesi del ‘quanto’ di Planck, non solo l’idea originale degli atomi di Democrito ma anche parte del pensiero di Aristotele, per cui l’infinito non era concepibile nei fenomeni naturali perché rompeva quell’armonia tanto cara ai greci, soprattutto della scuola platonica ma visibile anche nell’arte greca, di simmetria e ordine presente in natura, e percepita dai nostri sensi.
La gravità quantistica, che si rende necessaria alla scala di Planck, permette anche di riaffrontare in maniera scientifica problemi posti dalla filosofia antica, sulla natura dello spazio e del tempo e sull’esistenza o meno di un limite inferiore alla loro infinita divisibilità. Nelle sue diverse forme tale teoria sembra infatti consentire la risoluzione di problemi che le due teorie della relatività generale e della meccanica quantistica presentano singolarmente. L’esistenza di una distanza minima (data dalla lunghezza di Planck), al di sotto della quale non si può andare, elimina sia le “singolarità” previste dalla relatività generale (quale il Big Bang o la singolarità stessa di un buco nero) sia le “divergenze” presenti nell’elettrodinamica quantistica - naturale sviluppo della relatività ristretta e della meccanica quantistica -. Tali anomalie (“singolarità” e “divergenze”) si manifestano sotto forma di quantità infinite nella teoria e sono ereditate dall’impostazione della fisica classica in cui vige il concetto di continuità e infinita divisibilità dello spazio stesso (si pensi, per esempio nel caso dell’elettrostatica, alla legge di Coulomb per cui la distanza tra due cariche può essere ridotta a piacimento sino ad annullarsi causando un valore infinito della forza con cui reciprocamente esse si attraggono o respingono). La granularità dello spazio fisico, se confermata da tale teoria, certamente pone dei limiti anche all’uso della matematica sviluppata nell’analisi infinitesimale facendo cadere concetti di derivabilità e integrabilità strettamente connessi all’ipotesi di continuità.
Nuovi scenari sono altresì previsti con le ricerche sull’elusiva materia oscura e la misteriosa energia oscura che sembrano costituire la quasi totalità dell’Universo e la cui natura è ancora completamente ignota.
Inoltre, sulla vera natura del tempo e sul ruolo che esso gioca alla scala di Planck sono in corso approfonditi studi, che hanno ovviamente anche carattere ontologico, sulla reale necessità di tale grandezza fisica per la descrizione a livello elementare dei fenomeni naturali. Le equazioni fondamentali della natura alla scala di Planck sembrano infatti non aver bisogno della variabile tempo.
Appare però chiaro ora che il “quanto” di Planck - che all’epoca in cui fu introdotto sembrava minacciare l’imponente e maestoso edificio della fisica classica, coronato dalla teoria della relatività - alla luce degli sviluppi ivi discussi sembra addirittura permettere di ristabilire quell’armonia propria del pensiero greco - fosse essa l’Essere (τὸ εἶναι) di Parmenide o l’atomo (τὸ ἄτομος) di Democrito - di una unitarietà universale nella descrizione del mondo fisico. Da un punto di vista euristico ciò che appare emergere infatti in tutto questo percorso, nell’ambito dell’ipotesi di una unità della conoscenza tanto cara sia agli antichi filosofi sia agli scienziati di tutti tempi e presente in tutto il pensiero di Einstein e Bohr, è che la discontinuità sembra possa ripristinare un’omogeneità e simmetria in tutta la realtà fenomenica. Essa manifestandosi come granularità delle grandezze fisiche grazie al “quanto elementare di azione”, una volta che viene applicata complessivamente oltre che alla materia anche alla luce, all’energia e a tutte le altre grandezze osservabili anche le fondamentali, appunto sino a spingersi alla struttura elementare dello spazio-tempo, fa dialogare, quasi magicamente, il mondo macroscopico, dotato di struttura continua e regolato dalle leggi deterministiche della teoria della relatività, con il mondo microscopico, caratterizzato dai salti quantici e governato dal modello probabilistico della meccanica quantistica. La fisica classica si presenta così come il limite delle due teorie, da una parte per velocità molto piccole rispetto a \(c\) e dall’altra per azioni molto grandi rispetto a \(h\); essa quindi descrive quella parte di realtà definita da fenomeni non relativistici né quantistici molti dei quali cadendo direttamente sotto i nostri sensi sono stati per primi studiati.
Nonostante i grandi progressi compiuti dal pensiero umano dai primi filosofi di Mileto alle vette della teoria della relatività e della teoria dei quanti, un tema resta tuttavia ancora aperto: la comprensione della vera natura della realtà nella sua totalità. Nel lungo percorso dell’indagine scientifica è utile ascoltare il messaggio, sempre attuale, di Bohr che afferma che: “nessuna esperienza è definibile senza uno schema logico e che ogni contraddizione può venire rimossa solo mediante un approfondito ampliamento dello schema concettuale” [9]. Questo pensiero ci spinge infatti ad agire in modo che non venga mai meno la predisposizione ad ampliare il nostro ‘schema concettuale’ della conoscenza della realtà fisica; a maggior ragione nel mondo di oggi in cui tale realtà può essere investigata mediante una tecnologia che, nel suo enorme sviluppo (conosciuto soprattutto nell’ultimo secolo), ci fornisce ora strumenti sempre più raffinati e precisi. Va notato infatti che la tecnologia stessa sta beneficiando notevolmente delle applicazioni della meccanica quantistica nella realizzazione di apparati sempre più evoluti che vengono utilizzati in differenti ambiti: dalle scienze di base, all’ingegneria, alla medicina ma anche nelle applicazioni quotidiane in cui si fa largo uso di calcolatori elettronici e accessori connessi.
In definitiva è da attendersi anche un progresso della teoria della conoscenza, che l’ampliamento della qualità e della quantità dei dati empirici e dei modelli matematici potrà comportare, permettendo di riaprire così un dialogo fecondo tra scienza e filosofia. Non è da escludere infatti che una teoria compiuta e definitiva della gravità quantistica (tale da “incorporare armonicamente il quanto d’azione” di Planck nella teoria della gravità di Einstein, anche in relazione alla recente scoperta delle onde gravitazionali) possa dare luogo a un nuovo “schema concettuale” e quindi a un nuovo paradigma per la conoscenza complessiva del mondo fisico perché, arrivando anche a contraddire quanto si conosce, si sia in grado di scoprire “un’altra verità”.
Ringraziamenti
Intendo rivolgere un sentito ringraziamento al Dott. Pasquale Di Nezza dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN per l’invito ricevuto di sviluppare l’argomento sulla ‘discontinuità della natura’ consentendomi così di pensarlo ed elaborarlo. Intendo altresì ringraziare in modo speciale la Prof.ssa Maria Cristina Perilli, docente di Storia e Filosofia presso l’Istituto Superiore “G. Sulpicio” di Veroli (FR), che, attraverso un aperto dialogo tra Scienza e Filosofia iniziato sulla base di un’antica amicizia e continuato nelle aule del Liceo dove ella insegna, mi ha dato l’occasione di rimettere a fuoco le idee e i concetti relativi allo sviluppo del pensiero scientifico in relazione all’itinerario storico-filosofico affrontato nel testo. Un particolare ringraziamento va anche al Dott. Arch. Luigi Capogni e alla Sig.na Annachiara Capogni per l’incoraggiamento, le osservazioni e i consigli forniti – soprattutto in orari non canonici - come primi lettori non specialisti dell’intero elaborato, permettendomi così non solo di migliorarlo ma di trovare anche un linguaggio adeguato per orientare e modulare l’intero testo in una forma che sia, si spera, più ampiamente fruibile dal pubblico di lettori cui è destinato. Si ringraziano in anticipo, infine, quanti leggendo l’intero percorso vorranno contribuire per un suo ulteriore ed eventuale miglioramento ovvero ampliamento per tematiche future.
Referenze:
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[2] Dante, Inferno, IV, 131
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[9] Niels Bohr, “I quanti e la vita” Bollati Boringhieri Editore ISBN 978-88-339-2294-2 (2016)
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