Una divulgazione delle più recenti teorie della fisica quantistica

Carlo Rovelli: La realtà non è come ci appare, Raffaello Cortina, Milano, pagg. 236, € 22,00

Risvolto

Tempo, spazio e materia appaiono generati da un pullulare di eventi quantistici elementari. Comprendere questa tessitura profonda della realtà è l’obiettivo della ricerca in gravità quantistica, la sfida della scienza contemporanea dove tutto il nostro sapere sulla natura viene rimesso in questione. Carlo Rovelli, uno dei principali protagonisti di questa avventura, conduce il lettore al cuore dell’indagine in modo semplice e avvincente. Racconta come sia cambiata la nostra immagine del mondo dall’Antichità alle scoperte più recenti: l’evaporazione dei buchi neri, l’Universo prima del big bang, la struttura granulare dello spazio, il ruolo dell’informazione e l’assenza del tempo in fisica fondamentale. L’autore disegna un vasto affresco della visione fisica del mondo, chiarisce il contenuto di teorie come la relatività generale e la meccanica quantistica, ci porta al bordo del sapere attuale e offre una versione originale e articolata delle principali questioni oggi aperte. Soprattutto, comunica il fascino di questa ricerca, la passione che la anima e la bellezza della nuova prospettiva sul mondo che la scienza svela ai nostri occhi.

L’apparenza inganna Così la scienza ci insegna che il mondo non è ciome sembraDai filosofi greci ai quanti e alle stringhe Nel nuovo saggio di Carlo Rovelli una versione personale dello sviluppo teorico della fisica e dei modelli di descrizione del reale

Con un interrogativo: è tutto vero?di Piergiorgio Odifreddi Repubblica 19.2.14

Alziamo gli occhi e osserviamo il Sole e la Luna girare in cielo, ma in un caso ci sbagliamo e nell’altro no. Guardiamo le stelle e ci illudiamo di vederle come sono ora, ma stiamo osservando la loro luce di anni o millenni fa. Passeggiamo nel silenzio di un bosco, ma siamo avvolti da innumerevoli onde radio che solo un apparecchio ci permette di udire. Ci chiniamo a osservare un fiore colorato, ma non scorgiamo gli stessi colori di un’ape che vede nell’ultravioletto. Tiriamo un pallone a poche decine di metri, ma non pensiamo che nel vuoto il calcio l’avrebbe spedito all’infinito. Alziamo con fatica un peso, e non ci rendiamo conto che è quasi tutto costituito di vuoto. Gli atomi non li vediamo neppure al microscopio, che ci rivela però un mondo alieno in cui un insetto ci appare come un mostro da film dell’orrore.

E così via, di illusione in abbaglio, perché le cose sono molto diverse da come immaginiamo o crediamo che siano. Ma qualunque libro di divulgazione scientifica decostruisce la nostra ingenua e fallace immagine del mondo, mostrandoci in maniera sorprendente che La realtà non è come ci appare. Così fa appunto l’omonimo libro di Carlo Rovelli (Cortina), un fisico quantistico e filosofo della scienza che dalle pagine del Sole 24 Ore allieta spesso le nostre domeniche con profonde meditazioni e acute recensioni, che aspettano di trovare la loro unità in quella che sarà una memorabile raccolta.

Rovelli ci ha già regalato, un paio di anni fa, una ricostruzione del pensiero di Anassimandro in Che cos’è la scienza. La rivoluzione di Anassimandro (Mondadori). Ponendosi, allora, sulla scia dei classici Fisica e filosofia di Werner Heisenberg e La natura e i greci di Erwin Schrödinger, che fin dalla nascita della teoria dei quanti si rivolsero al pensiero dei presocratici per trovarvi le radici della nuova fisica che avevano creato.

Con il suo nuovo libro Rovelli ci fornisce ora la propria versione dello sviluppo teorico della fisica, dalle origini ai nostri giorni. Ponendosi, questa volta, sulla scia degli innumerevoli divulgatori che hanno raccontato in tutti i modi la stessa storia, da L’evoluzione della fisica di Albert Einstein e Leopold Infeld a L’universo elegante di Brian Greene, come un pianista che si confronta con gli altri grandi interpreti del passato o del presente sul terreno dell’interpretazione di un classico.

La musica è dunque quella nota, che parte dalle intuizioni presocratiche di due millenni e mezzo fa e arriva alla relatività e ai quanti del Novecento, passando attraverso la meccanica del Seicento e l’elettromagnetismo dell’Ottocento. Anche se poi ciascun interprete, dopo essersi cimentato nella propria esecuzione, si concede una cadenza o una serie di libere variazioni. Nel caso di Rovelli, queste variazioni sono suonate sul tema dell’unificazione delle due grandi teorie del Novecento nella cosiddetta

gravità quantistica, al cui sviluppo egli stesso e i suoi collaboratori hanno contribuito.

Per quanto riguarda l’esecuzione dei temi classici, Rovelli si è ispirato, consciamente o inconsciamente, al Cartesio dei Principi di filosofia, che lo stesso autore suggeriva di «leggere come se fossero un romanzo». Ed effettivamente così si legge, d’un fiato, la prima parte del libro, che racconta con tocco leggero e convincente i fatti salienti della storia della fisica teorica.

Ad esempio, alle pagine 44-45 si ricorda che Galileo misurò l’accelerazione di gravità sulla Terra, trovando il famoso valore di 9,8 metri al secondo quadrato. Poi Newton immaginò una piccola Luna che ruotasse all’altezza delle montagne, ne calcolò con la terza legge di Keplero il periodo in un’ora e mezza, e con la formula dell’accelerazione centripeta trovò che questa era esattamente l’accelerazione calcolata da Galileo. Dunque, la piccola Luna viene tenuta in orbita dalla stessa causa che fa cadere i corpi sulla Terra.

Newton non amava però i romanzi di Cartesio, ai quali imputava di essere (come tutti i romanzi) verosimili, ma non veritieri. E a Rovelli avrebbe ricordato che in realtà Galileo aveva misurato un valore completamente sbagliato, di circa 4,6: dunque, quando Newton provò a fare il suo giochetto, si accorse che non funzionava. Fu solo quando trovò lui stesso il valore corretto, che poté riprovarci. Ma non usando la terza legge di Keplero, che non si poteva verificare per un corpo come la Terra, con un solo satellite. Bensì, calcolando l’accelerazione della Luna vera e trovando che era in proporzione inversa al quadrato della sua distanza rispetto alla Terra.

La prima parte del libro di Rovelli deve dunque essere presa cum grano salis,ricordando che è una poetica trasposizione letteraria e non un prosaico resoconto scientifico. L’esatto contrario della seconda parte, in cui invece le storie su “Isaac e Albert”, come vengono amichevolmente chiamati i protagonisti, cedono il passo ala storia della “gravità quantistica”: un tentativo di mettere insieme la gravitazione einsteniana e la meccanica quantistica, cercando di rimanere il più possibile coi piedi per terra.

Si tratta di uno dei due tentativi estremi di soluzione del problema dell’unificazione delle due grandi teorie novecentesche: l’altro è la più nota, ma anche più fantascientifica, “teoria delle stringhe”, divulgata nel citato libro di Greene. A differenza di quest’ultima, che i seguaci della prima accusano di essere un castello in aria e invidiano per il suo successo quasi monopolistico, la gravità quantistica procede con i piedi di piombo e a passettini guardinghi, senza lanciarsi in speculazioni avventate. Anche così, i risultati non sono comunque meno eccitanti, e certo sono più affidabili. L’equazione di Wheeler-DeWitt su cui si basa la teoria permette di descrivere le linee del campo gravitazionale in maniera analoga a quelle del campo elettromagnetico, ma quantizzata come le orbite degli elettroni negli atomi. Esistono limiti precisi e calcolabili alla divisibilità dello spazio (lunghezze, aree e volumi), ed esso si dissolve insieme al tempo, mentre l’infinito scompare. In una parola, la realtà cessa veramente di essere come ci appare, com’eravamo stati avvertiti fin dal titolo.

La conclusione è però sorprendente, perché dopo aver raccontato la sua storia da fisico Rovelli ricorda di essere anche filosofo, pone la domanda: «Siamo sicuri di tutto questo?», e risponde con un sonoro: «No». Ora, che gli scienziati non siano ancora sicuri delle teorie ancora in divenire, e in particolare della gravità quantistica, è ovvio. Ma che siano invece perfettamente sicuri di quelle ormai confermate oltre ogni ragionevole dubbio, come appunto la relatività generale e la meccanica quantistica, è altrettanto ovvio. Che queste teorie diano soltanto «le migliori risposte trovate finora e disponibili al momento», non significa che un giorno quelle risposte saranno sovvertite: significa, invece e soltanto, che pur continuando a rimanere valide nei loro ambiti, saranno inglobate in risposte più ampie che le includeranno come casi particolari. Naturalmente, Rovelli queste cose le sa benissimo e le ammette nel corso del libro, quando parla da fisico. Ma quando indossa i panni dell’umanista scrive parole più adatte a un postmoderno che non crede all’esistenza di verità definitive, che non a uno scienziato che non solo ci crede, ma addirittura le conosce.

La cosmologia laica che affascina (e divide) la scienza

Un saggio di Alessandro Marconi, i ripensamenti di Stephen Hawking, le analogie con la biologia

Sandro Modeo, La Lettura

Senza spazio e senza tempo

La gravità quantistica, ultima frontiera della fisica fondamentale, ci offre una nuova affascinante visione della struttura del mondo che rimette in forse tutto il nostro sapere

di Carlo Rovelli  Il Sole 24 Ore Domenica 19.1.14

Quello che vediamo di là dalla finestra non fa che meravigliarci. Abbiamo imparato moltissimo sull'universo, nel corso dei secoli. Abbiamo riconosciuto molti nostri errori. Credevamo la Terra fosse piatta. Che fosse ferma al centro del mondo. Che l'Universo fosse piccolo e rimanesse sempre eguale a se stesso.

Credevamo che gli uomini fossero una stirpe a parte, senza parentele con gli altri animali. Abbiamo imparato che esistono quarks, buchi neri, particelle di luce, onde di spazio e impressionanti architetture molecolari in ogni cellula del nostro corpo. L'umanità è come un bimbo che cresce, e scopre con stupore che il mondo è vasto, ci sono mille cose da imparare e idee da conoscere, diverse da quelle in cui è cresciuto. L'universo è multiforme e sconfinato, continuiamo a scoprirne aspetti, a stupirci della sua varietà, bellezza e semplicità. Più scopriamo, più ci rendiamo anche conto che quello che ancora non sappiamo è più di quanto abbiamo capito. Più potenti sono i nostri telescopi, più vediamo cieli strani e inaspettati. Più indaghiamo dettagli minuti della materia, più scopriamo strutture profonde.

Oggi vediamo quasi fino al big bang, la grande esplosione da cui 14 miliardi di anni fa sono nate tutte le galassie; ma già cominciamo a intravedere qualcosa al di là del big bang. Abbiamo imparato che lo spazio s'incurva, e già cominciamo a intravedere che questo stesso spazio è tessuto da un trama di grani quantistici che vibrano. Quello che sappiamo sulla grammatica elementare del mondo sta continuando a crescere. Se cerchiamo di mettere insieme quanto abbiamo imparato, gli indizi puntano a qualcosa di assai diverso dalle idee su materia e energia, spazio e tempo, che ci hanno insegnato a scuola. Appare una struttura elementare del mondo in cui non esiste il tempo e non esiste lo spazio, generata da un pullulare di eventi quantistici. Campi quantistici disegnano spazio, tempo, materia e luce, scambiando informazione fra un evento e l'altro.

La realtà è tessuta da una rete di eventi granulari; la dinamica che li lega è probabilistica; fra un evento e l'altro, spazio, tempo, materia ed energia sono sciolti in una nuvola di probabilità. Questo mondo strano e nuovo emerge oggi dallo studio del principale problema aperto nella fisica fondamentale: la gravità quantistica. Il problema di rendere coerente quello che abbiamo compreso del mondo con le due grandi scoperte del XX secolo, relatività generale e quanti. Alla gravità quantistica, allo strano mondo che questa ricerca ci sta rivelando, è dedicato questo libro. Il libro racconta la ricerca in corso: quello che ci sembra di cominciare a capire della natura elementare delle cose.

Inizia dalle origini, lontane, di alcune idee chiave che ci permettono di mettere ordine nei nostri pensieri del mondo. Descrive le due grandi scoperte del XX secolo: la teoria della relatività generale di Einstein e la meccanica quantistica. Racconta l'immagine del mondo che sta oggi emergendo dalla ricerca in gravità quantistica, tenendo conto delle ultime indicazioni che ci ha dato la Natura, come le conferme del modello standard cosmologico ottenuta con il satellite Planck (2013) e la mancata osservazione delle particelle supersimmetriche al Cern (2013). Discute le conseguenze di queste idee: la struttura granulare dello spazio, la sparizione del tempo a piccolissima scala, la fisica del big bang, l'origine del calore dei buchi neri, fino a quello che intravediamo sul ruolo dell'informazione alla base della fisica. Nel mito famoso che Platone racconta nel settimo libro della Repubblica, gli uomini sono incatenati nel fondo di una caverna buia, e vedono solo ombre proiettate da un fuoco alle loro spalle sulla parete davanti a loro. Pensano che quella sia la realtà.

Uno si libera, esce, scopre la luce del sole e il vasto mondo. Noi siamo tutti in fondo a una caverna, incatenati dalla nostra ignoranza, dai nostri pregiudizi, e i nostri deboli sensi ci mostrano ombre. Cercare di vedere più lontano ci confonde, non siamo abituati. Ma ci proviamo. La scienza è questo. Il pensiero scientifico esplora e ridisegna il mondo, ce ne offre immagini via via migliori: ci insegna a pensarlo in modo più efficace. La scienza è un'esplorazione di forme di pensiero. La sua forza è la capacità visionaria di fare crollare idee preconcette, svelare territori nuovi del reale e costruire nuove e più efficaci immagini del mondo. È un'avventura che si appoggia sulla conoscenza accumulata, ma la sua anima è il cambiamento.

Guardare più lontano. Il mondo è sterminato e iridescente; vogliamo andarlo a vedere. Siamo immersi nel suo mistero e nella sua bellezza, e oltre la collina ci sono territori ancora inesplorati. L'incertezza in cui siamo immersi, la nostra precarietà, sospesa sull'abisso dell'immensità di ciò che non sappiamo, non rende la vita insensata: la rende preziosa. Ho scritto questo libro per raccontare quella che per me è la meraviglia di quest'avventura. L'ho scritto pensando a un lettore che non sappia nulla di fisica, ma sia curioso di sapere cosa capiamo e cosa non capiamo oggi della trama elementare del mondo, e dove stiamo cercando. E per provare a comunicare la bellezza del panorama sulla realtà che si vede da questa prospettiva. L'ho scritto anche pensando ai miei colleghi, compagni di viaggio sparsi in tutto in tutto il mondo, o a una giovane o un giovane appassionati di scienza che vogliano incamminarsi in quest'avventura. Ho cercato di tratteggiare il panorama generale sulla struttura del mondo fisico, visto alla doppia luce della relatività e dei quanti, così come credo possa stare insieme.

Non è un libro di sola divulgazione; è anche scritto per articolare un punto di vista coerente, in un campo dove l'astrattezza tecnica rischia talvolta di rendere poco visibile la visione d'insieme. La scienza è fatta di esperimenti, ipotesi, equazioni, calcoli e lunghe discussioni, ma questi sono strumenti, come gli strumenti dei musicisti. Alla fine, quello che conta nella musica è la musica, e quello che conta nella scienza è la comprensione del mondo che la scienza riesce a offrire. Per capire il significato della scoperta che la Terra gira intorno al Sole non serve addentrarsi nei complicati calcoli di Keplero; per capire l'importanza della scoperta che tutti gli esseri viventi del nostro pianeta hanno gli stessi antenati non c'è bisogno di seguire le complesse argomentazioni del libro di Darwin. La scienza è leggere il mondo da un punto di vista via via più ampio. In questo libro racconto lo stato attuale della ricerca di questa nuova immagine del mondo, così come lo capisco oggi, cercando di metterne a fuoco i nodi essenziali e i nessi logici. Come lo si racconterebbe a un collega e amico, e che ti chieda «ma tu come pensi che stiano davvero le cose?», camminando lungo il mare una lunga notte d'estate.


Meraviglie della fisica
La felice fatica di capire il mondo
Le tracce di onde gravitazionali captate oggi, intuite da Einstein 98 anni fa, confermano che la scienza è un'attività visionaria. Carlo Rovelli lo dimostra in maniera esemplaredi Franco Lorenzoni Il Sole Domenica 23.3.14

Questa settimana la fisica ci ha regalato due grandi emozioni. La prima riguarda la profondità dello spaziotempo, in fondo a cui sono state scoperte tracce di segnali più antichi di qualunque cosa ascoltata fin'ora, la seconda la profondità della mente umana. È nella mente di Albert Einstein, infatti, che quasi un secolo fa sorse la "visione" di quelle onde gravitazionali che ci raccontano qualcosa sull'origine dell'Universo. Ci sono poi voluti 98 anni di calcoli ed esperimenti, condotti da centinaia di scienziati di tutto il mondo, per potere verificare la verdicità di quella visione, che peraltro non è ancora certa.
A chi desiderasse entrare dentro la metafora di quei primi vagiti dell'Universo, captati da un gruppo di scienziati nel cielo del Polo Sud, consiglio di leggere l'ultimo libro di Carlo Rovelli, fisico teorico che i lettori di queste pagine conoscono bene. La realtà non è come ci appare delinea infatti un'ambiziosa sintesi dell'evoluzione della fisica. E ciò che rende appassionante la lettura è la fatica, richiesta al lettore non esperto, di entrare in un mondo che si presenta diverso da come lo pensiamo abitualmente.
È un libro da regalare subito a un diciottenne che si domandi cosa studiare e da consigliare vivamente a chi insegna, non solo materie scientifiche. Tratta infatti di un tema cruciale: lo sforzo necessario per tentare di capire il mondo e la bellezza di questo sforzo.
Non è facile, infatti, immaginare il Cosmo come un mollusco che si curva di continuo visto da dentro (la metafora è di Einstein). Non è facile intendere e accettare che l'Universo sia finito pur non avendo confini e scoprire che, se osiamo viaggiare attorno a un buco nero e riusciamo a non caderci dentro, al ritorno ci troveremo in un futuro lontano. Ancora più difficile è arrivare alla conclusione a cui più tiene Rovelli, che sostiene che il tempo non esista, o meglio esista solo nel nostro attraversare il mondo, non nel minimo tessuto granulare che compone l'Universo, né nell'insieme dei cento miliardi di galassie che oggi riusciamo a vedere e a contare.
L'invito è a «ripensare la grammatica della nostra comprensione del mondo, rivederla a fondo. Come era successo con Anassimandro, che aveva compreso come la Terra voli nello spazio … o con Einstein, che aveva capito come lo spaziotempo si curvi e si schiacci e che il tempo passi diversamente in luoghi diversi». Per introdurci a questo ripensamento radicale Rovelli parte da lontano, dal viaggio che Leucippo fece dalla libera Mileto di Talete e Anassimandro fino a Abdera, dove eresse, con il suo allievo Democrito, «la vasta catterdale dell'atomismo antico».
Parte da lì perché è su quelle coste che nacque un modo di cercare risposte «nella natura stessa delle cose», accantonando miti, spiriti e dei, che Rovelli aveva già narrato in un altro bel libro dedicato alla rivoluzione di Anassimandro: Che cos'è la Scienza (Mondadori Università, 2012, pagg. 224, €. 18). Ed è in quell'aurora della scienza che che si scopre «uno stile di pensiero nuovo, dove l'allievo non è più vincolato a rispettare e a condividere le idee del Maestro».
Attraversando i secoli da Archimede a Galileo, da Copernico a Newton, a Faraday a Dirac, Rovelli cerca di avvicinare il lettore all'idea che si è fatto del suo lavoro. «Alcuni filosofi della scienza riducono la scienza alle sue previsioni numeriche. Secondo me non hanno capito nulla perché confondono gli strumenti con l'obbiettivo. … L'obiettivo della ricerca scientifica non è fare previsioni: è comprendere come funziona il mondo. Prima di essere tecnica, la scienza è visionaria. Le predizioni verificabili sono l'arma affilata che ci permette di dire quando abbiamo capito male». «Teorie come la relatività generale e la mecanica quantistica, che inizialmente lasciavano molti perplessi, si sono conquistate credibilità via via che tutte le loro previsioni, anche le più inaspettate, e apparentemente strampalate, venivano confermate da esperimenti e osservazioni».
Presentare la scienza come attività visionaria è cosa a cui Rovelli tiene molto e le pagine più intriganti sono forse quelle in cui affiora il complesso legame tra le visioni della fisica e le architetture cristalline della matematica. Esemplare a questo proposito il racconto dell'incontro tra Faraday e Maxwell. Il primo «la fisica la vede con gli occhi della mente, e con gli occhi della mente crea mondi». Ma il giovane «poveraccio londinese senza educazione formale, che diventa il più grande sperimentatore e il più grande visionario della fisica dell'Ottocento», ha bisogno delle equazioni del ricco aristocratico scozzese Maxwell, uno dei più grandi matematici del secolo. «Pur separati da un'abissale distanza di stile intellettuale, oltre che di origine sociale, riusciranno a intendersi e, insieme, unendo due forme di genio, apriranno la strada alla fisica moderna».
Leggendo queste pagine, che ci portano così vicino al senso più profondo di due discipline che si studiano a scuola, mi domando a quanti ragazzi sia data la possibilità di cogliere la bellezza di questi linguaggi, creati dall'ingegno umano per intendere la natura. Se gli iscritti alle facoltà scientifiche si sono drasticamente ridotti negli ultimi decenni non sarà anche perché troppo raramente la scuola riesce a fare assaporare il gusto dello scoprire, intrecciando l'insegnamento della fisica e della matematica con la loro appassionante evoluzione nella storia? Solo se si sente la scienza come cosa viva, come ricerca aperta che continua, si può trovare il senso che giustifichi lo sforzo a cimentarsi con linguaggi e procedimenti tanto difficili.
Carlo Rovelli ha passato la vita cercando di comprendere i segreti dello spazio quantistico e ci confida quanto segua «con attenzione, inquietudine e speranza l'affinarsi continuo delle nostre capacità di osservazione, misura e calcolo», e aspetti «il momento in cui la Natura ci dirà se avevamo ragione, o no».
Ma mentre attende e continua a ricercare, si interroga sulle tante connessioni di cui hanno bisogno gli scienziati per immaginare altri modi di vedere il mondo. «Non so se il giovane Einstein avesse incontrato il Paradiso durante i suoi bighellonaggi intellettuali italiani, e se la fantasia sfrenata del nostro sommo poeta abbia avuto una influenza diretta sulla sua intuizione che l'universo possa essere finito e senza bordo. Ma che ci sia stata o no influenza diretta credo che questo esempio mostri come la grande Scienza e la grande Poesia siano entrambe similmente visionarie, e talvolta possano arrivare alle stesse intuizioni. La nostra cultura, che tiene Scienza e Poesia separate, è sciocca, perché si rende miope alla complessità e bellezza del mondo, rivelate da entrambe».
«Certo, la tre-sfera di Dante è solo una vaga intuizione dentro a un sogno. La tre-sfera di Einstein prende forma matematica e Einstein la inserisce nelle sue equazioni. L'effetto è molto diverso. Dante arriva a commuoverci profondamente, toccando la sorgente delle nostre emozioni. Einstein apre una strada che ci porta alla sorgente del nostro Universo. Ma sono l'uno e l'altro tra i voli più belli e significativi che sa fare il pensiero».
«Ci vuole un percorso di apprendistato per comprendere la matematica di Riemann e impadronirsi della tecnica con la quale leggere completamente l'equazione di Einstein. Ci vogliono impegno e fatica, ma meno di quelli necessari per arrivare a percepire tutta la rarefatta bellezza di uno degli ultimi quartetti di Beethoven. In un caso e nell'altro, lo sforzo, una volta fatto, vale la pena: scienza e arte ci insegnano qualcosa di nuovo sul mondo dandoci occhi nuovi per guardarlo, per capirne lo spessore, la profondità, la bellezza. La grande fisica, come la grande musica: parla direttamnente al cuore e apre gli occhi alla bellezza, alla profondità, alla semplicità della natura delle cose».
In piccole note al margine Rovelli ci informa che i numerosi apporti di scienziati italiani alle scoperte della fisica più avanzata provengono da ricerche svolte in università straniere. È una constatazione triste, che ci dice quanto sia necessario e urgente investire in Italia, per riconnettere e dare respiro alla relazione tra educazione, cultura e ricerca.
Il libro di Carlo Rovelli è tante cose. Si può leggere come romanzo di formazione di uno scienziato, come lettera a un giovane che voglia entrare nel mondo della scienza, come storia della litigiosa ed efficace convivenza di matematica e fisica, come cronaca colta della singolar tenzone tra looppisti e stringhisti, giocata rincorrendo l'ultima particella, o come un inno alla capacità visionaria di alcuni uomini che hanno cambiato alla radice il modo di vedere il mondo, allargando sempre più i nostri orizzonti.
Nella prima pagina l'autore confessa di amare la fisica perché apre finestre e si allontana dai tanti saperi che girano e rigirano sempre e solo intorno all'uomo. Forse è anche per questo che elude, nella sua narrazione, le interrogazioni che le applicazioni della fisica hanno posto e pongono agli scienziati. Cioè il rapporto tra scienza e potere e, più in particolare, tra ricerca fisica, armamenti e controllo dell'energia e del territorio. Ma per questo ci vorrebbe un altro libro, che aspettiamo.



“Prima del Big Bang l’Universo fece il Grande Rimbalzo”
La rivoluzione si chiama “gravità quantistica”intervista di Gabriele Beccaria La Stampa TuttoScienze 26.3.14

Mai credere al buon senso. Ovunque si rivolga lo sguardo le apparenze ingannano. L’aveva già capito un antico filosofo, Talete, e la lezione arriva dritta al presente: la fisica ci prende a pugni, come per svegliarci, e svela - pezzo dopo pezzo - com’è il mondo vero, quello invisibile.
«La realtà è una rete di eventi granulari. E, tra un evento e l’altro, spazio, tempo, materia ed energia sono sciolti in una nuvola di probabilità», scrive Carlo Rovelli, fisico dell’Università di Aix-Marsiglia nel saggio «La realtà non è come appare», edito da Raffaello Cortina. Il tutto si agita in forme talmente bizzarre da mettere in dubbio perfino la solidità del nostro io. Anche Talete sarebbe sorpreso, per esempio di sapere che le ricerche che stanno generando questa rivoluzione si concentrano in una disciplina ancora magmatica: la gravità quantistica.
Professore, facciamo un passo indietro: lei sottolinea che c’è una specie di schizofrenia tra la Relatività generale e la meccanica quantistica che ci impedisce di capire davvero la realtà: in cosa consiste?
«Rispetto alla fisica classica, precedente all’una e all’altra, la Relatività ha cambiato la nozione di spazio e di tempo ma ha lasciato la materia com’era, mentre la meccanica quantistica ha cambiato il modo di descrivere la materia, ma ha lasciato lo spazio e il tempo come prima. Di mettere insieme queste due realtà, per ora, nessuno si è ancora rivelato capace».
Ed ecco allora entrare in scena la gravità quantistica, che punta a conciliare le due teorie: qual è l’idea forte da cui parte?
«Che lo spazio-tempo ha esso stesso proprietà quantistiche. È fatto cioè di grani».
Se si immagina l’Universo con gli occhi di un fisico che sposa la gravità quantistica, come apparirebbe?
«Invece di uno spazio in cui tutte le cose vivono, lo spazio viene sostituto da una struttura composta da tanti granelli dinamici, che si trasformano gli uni negli altri in continuazione».
È un’idea tremendamente controintuitiva, come spesso accade con la fisica. È così?
«Sì. E’ un altro passo verso una più precisa descrizione del mondo, diversa dall’intuizione elementare».
E allora cambiano anche i modi di concepire tanti maxi-problemi: che cosa diventa per esempio il Big Bang?
«Fino all’altro ieri cosa sia successo al momento della nascita dell’Universo era solo un punto interrogativo e le teorie disponibili facevano predizioni insensate. Con le equazioni della gravità quantistica, invece, possiamo iniziare a studiare cos’è avvenuto. La prima indicazione che emerge è la possibilità che l’Universo non sia esploso dal nulla, ma sia rimbalzato da una fase precedente, in cui si contraeva. Il Big Bang, quindi, non è l’inizio di tutto, ma l’inizio della fase che vediamo noi e che segue rispetto a un’altra precedente».
Lei scrive che si trasforma anche l’idea dei buchi neri: che cosa sarebbero?
«Tendono a somigliare, in qualche modo, all’idea che ci stiamo facendo dell’inizio dell’Universo: anche in questo caso ci sarebbe un punto estremo, in cui tutto si concentra e dove le equazioni standard non funzionano».
I buchi neri, però, vengono studiati già da tempo: che cosa suggeriscono le osservazioni in cielo?
«Noi ne vediamo solo il bordo. Ma le equazioni ci suggeriscono cosa potrebbe succedere al loro interno e anche cosa potrebbe succedere nel futuro lontano, perché i buchi neri non hanno una vita infinita».
E qual è l’ipotesi?
«Che evaporino. Al centro si verifica un “rimbalzo”, che fa sì che nel futuro la materia entrata possa uscire di nuovo e il buco nero, così, si sciolga».
Un’altra rivoluzione della gravità quantistica è un concetto ancora più astruso, quello della «soppressione degli infiniti»: di cosa si tratta?
«E’ un’idea ancora speculativa, ma oggi la fisica sembra aver eliminato quella che sembrava essere la possibilità di una direzione infinitamente grande o infinitamente piccola. L’infinito sparisce».
Può spiegare meglio?
«Mi riferisco alla continuità dello spazio. La meccanica quantistica dà un taglio all’idea che lo si possa dividere all’infinito e che in ogni granellino ci possano essere universi e universi: sostiene che al di sotto di una determinata scala non c’è più niente, un po’ come accade con la materia ordinaria. La gravità quantistica, da parte sua, suggerisce che anche lo spazio presenta questa granularità: ha un numero finito di “mattoncini”. Alla fine, perciò, li si può contare e arrivare a un numero che, per quanto stratosferico, è finito. Non infinito. È una grande differenza».
È una svolta anche filosofica.
«Sì. E’ da Aristotele che il concetto di infinito ci confonde e che si cerca di domare. Ciò non significa che nella matematica non esista più, ma nel mondo fisico non ci sarebbe».
A che punto è la teoria della gravità quantistica? Che prove deve superare?
«Non dispone ancora di prove sperimentali e perciò deve fare gli esami e dimostrare di essere una teoria coerente e compiuta. Ci sono molte questioni aperte: sia teoriche (siamo sicuri che non ci siano aspetti nascosti che poi si rivelino contraddittori?) sia sperimentali (siamo sicuri che la realtà dia tutte le conferme necessarie?)»
Si può pensare a un esperimento decisivo (o quasi)?
«Esistono lavori che cercano di trarre dalla teoria delle conseguenze da testare in varie direzioni. Altrimenti avremmo lavorato per nulla. Ma più che un esperimento è corretto parlare di osservazioni cosmologiche».
Vale a dire?
«L’eliocentrismo non ha richiesto un esperimento, ma tante osservazioni. E lo stesso è stato in tempi recenti per la radiazione cosmica di fondo. Penso, perciò, a raccolte dettagliate di dati: potrebbero mostrare tracce significative dei momenti in cui la gravità quantistica aveva effetti importanti sulle future trasformazioni dell’Universo».


La nuova macchina del tempo
Viaggiare nel futuro o cambiare il passato: libri film e tv riscoprono l’idea cardine della fantascienza E se non fosse fantascienza? In basso le ore passano più lente che in alto, nel centro della Terra più lente ancora, in una stella densa molto di più La logica ci impedisce di superare i paradossi, ma la realtà è coerente: è la nostra intuizione che zoppica di Carlo Rovelli Repubblica 6.4.14

POSSIAMO davvero viaggiare nel tempo, come fanno sempre più spesso protagonisti di film e romanzi? Possiamo innamorarci di una ragazza venuta dal futuro e rincorrerla fino al suo secolo, oppure tornare nel passato e salvare John Kennedy dall’assassinio? Negli ultimi cento anni la fisica ci ha insegnato molte cose sul tempo, e soprattutto ci ha insegnato che la struttura del tempo è più sottile e interessante del fluire lineare a cui siamo abituati. Oggi sappiamo che saltare rapidamente nel futuro è possibile. Non solo è possibile, ma in piccola misura siamo già in grado di farlo. Per andare in fretta nel futuro, è sufficiente trascorrere del tempo sotto terra, oppure su un aereo veloce.
L’accorciamento del tempo per chi stia in basso e per chi viaggi veloce è un effetto piccolo, ma oggi abbiamo orologi molto precisi che sono sufficienti per misurarlo: un orologio preciso, tenuto tre metri sotto terra indica un tempo minore di tutti gli altri orologi, quando sia riportato su. Questo significa che per l’orologio in basso (e per chiunque sia stato presso l’orologio) il tempo trascorso per arrivare nel futuro è minore del tempo trascorso da tutti gli altri. Al contrario, in alto il tempo passa più veloce. Quando l’esercito americano ha messo in funzione il primo sistema di navigazione
satellitare (il GPS ora in tante automobili), i fisici avevano segnalato che gli orologi sui satelliti sarebbero andati più veloci di quelli a terra. I generali americani responsabili del progetto non hanno voluto crederci, inizialmente, e i primi satelliti sono stati provati senza tener conto dell’accelerazione del tempo ad alta quota. Non hanno funzionato. Così perfino i generali dell’esercito hanno dovuto ammettere che lassù il tempo va più veloce.
Il tempo non scorre uguale per tutti. Ogni oggetto ha il suo tempo, che dipende da dov’è, e da come si muove. Se andiamo nel centro della Terra, il tempo passa ancora più lento. Se andiamo nelle vicinanze di una stella molto densa, dove la gravità è forte, il tempo passa estremamente lento. E’ sufficiente passare un paio di giorni nei pressi di una stella molto densa, per poi tornare qui un numero arbitrario di secoli nel futuro. Un soggiorno sulla superficie di una stella densa è una scorciatoia per il futuro. Oppure, è sufficiente partire a grande velocità con un’astronave e fare un viaggio di pochi giorni per poi tornare sulla Terra un numero arbitrario di millenni nel futuro. Se non siamo ancora capaci di fare simili salti concretamente, è solo per il costo dell’astronave. La fisica che chiarisce e mette ordine in tutto questo è invece chiara: è la relatività generale, una teoria che è stata scritta novantanove anni fa, oggi è solidamente suffragata dall’esperienza e fa parte del nostro sapere solido sul mondo. Correre nel futuro in breve tempo è possibile.
Ma poi possiamo tornare indietro? Possiamo viaggiare anche verso il passato? Qui la cosa si complica un po’, e le opinioni non sono sempre concordi. Io ritengo che non ci sia nulla che impedisca di viaggiare anche verso il passato, ma farlo è complicato e non abbiamo una ricetta semplice. La relatività generale prevede possibili situazioni dove un oggetto può tornare sul suo passato (tecnicamente si chiamano “curve temporali chiuse”). Nulla sembra vietare che alla vostra porta possa bussare qualcuno che sia voi stesso venuto dal futuro. L’unica indicazione che la cosa sia difficile da realizzare è il fatto che non sembrano esserci in giro molti turisti venuti dal futuro; ma non è un argomento forte; magari per i nostri discendenti siamo solo poco interessanti.
Se andiamo nel passato, possiamo modificarlo? Posso andare nel passato e salvare John Kennedy, come vuole fare Jake Epping, il protagonista di un famoso romanzo di Stephen King? Qui nascono problemi: se per esempio vado nel passato e uccido mia nonna prima che lei dia alla luce mia madre, ne segue che io non esisto. E se non esisto, chi ha ucciso mia nonna? L’illogicità di questa situazione rende i viaggi nel passato difficili da concepire, e per evitare questi paradossi alcuni preferiscono assumere che viaggi nel passato siano impossibili, e siano impediti da qualche legge scientifica ancora sconosciuta. Ma si tratta di difficoltà solo apparenti, come ha mostrato David Lewis, uno dei maggiori filosofi contemporanei, in un limpido saggio intitolato I paradossi dei viaggi nel tempo. Il paradosso nasce solo perché usiamo un’idea di tempo che non è quella giusta. Il passato non può essere cambiato viaggiando nel passato, perché se qualcuno ha viaggiato nel passato lo ha già cambiato, e dunque noi siamo già nel presente che ha subìto gli effetti del viaggio nel tempo, e non c’è nulla da cambiare ulteriormente. In altre parole, se qualcuno andrà nel passato, quel qualcuno è già stato nel nostro passato, e il presente è già l’effetto della sua presenza. Se un me stesso futuro andrà nel passato, io so che non avrà ucciso mia nonna, perché io qui sono nel suo futuro e quindi posso già sapere cosa ha scelto di fare. Un’eliminazione della propria nonna è impossibile, perché il passato è già accaduto, anche se un pezzo di questo si trova ad essere anche nel futuro.
L’apparente paradosso viene dal cercare di applicare le nostre idee intuitive sul tempo, che sono inadeguate, o nostre idee ingenue sul libero arbitrio, a una situazione temporale complessa. Come nel cortometraggio del 1962 La jetée di Chris Marker, uno dei film più strazianti e belli della storia del cinema, il passato possiamo rincorrerlo, forse addirittura raggiungerlo, ma non cambiarlo.
La realtà è coerente; è la nostra intuizione che zoppica. La difficoltà di pensare a un passato che possa essere anche futuro è simile alle difficoltà che avevamo da bambini quando ci hanno detto per la prima volta che in Australia la gente vive a con un di sopra che è anche sotto un di sotto; il mondo è semplicemente più complicato di quanto ci dica la nostra intuizione ingenua. È più strano, e secondo me anche molto più divertente. A proposito, questo articolo non l’ho scritto io: l’ho ricevuto in una strana lettera comparsa stamattina sul mio tavolo, datata 3 aprile 2114… 


La fisica è un campo unificato di tempo e spazio«La realtà non è come ci appare» di Carlo Rovelli per Raffaello Cortina Editore. Dalla filosofia greca alla fisica quantistica alla ricerca della struttura elementare delle cosedi Alberto Giovanni Biuso il manifesto 3.9.14

La con­sa­pe­vo­lezza che la realtà non sia come ci appare rap­pre­senta l’inizio stesso della filo­so­fia e della scienza. Un ini­zio che non va posto con­tro il mito ma accanto a esso. Senza il mito sono impen­sa­bili Anas­si­man­dro, Par­me­nide, Pla­tone, ed è quindi impen­sa­bile l’origine del pen­siero scien­ti­fico. E invece in alcune pagine del più recente libro di Carlo Rovelli (La realtà non è come ci appare. La strut­tura ele­men­tare delle cose, Raf­faello Cor­tina, pp. 241, euro 22) sem­bra di acco­starsi a una sto­ria della scienza di stampo un po’ otto­cen­te­sco, pole­mica e posi­ti­vi­stica che, per for­tuna, viene poi stem­pe­rata da molti dei suoi con­te­nuti e dall’ammissione che «infi­nita è la nostra igno­ranza» e ci tro­viamo tutti — filo­sofi, fisici, poeti — in una con­di­zione non dis­si­mile da quella dei pri­gio­nieri della caverna pla­to­nica.
La con­ce­zione del sapere scien­ti­fico difesa da Rovelli è cumu­la­tiva e tesa a risol­vere in una pro­gres­siva e trion­fante uni­fi­ca­zione i con­flitti che per­cor­rono la sto­ria della scienza. Una con­ce­zione che pre­senta in modo agio­gra­fico le vicende e il lavoro di alcuni scien­ziati, primo dei quali Ein­stein, il quale vi appare a volte come una sorta di sant’Alberto con tanto di aned­doti e «mira­coli» scien­ti­fici: «Nei primi anni del secolo, que­sto è chiaro a tutte le per­sone suf­fi­cien­te­mente ragio­ne­voli, cioè solo a Albert Ein­stein». Si tace pure sul fatto che «il più grande uomo di scienza di tutti i secoli», New­ton, si sen­tiva e fosse in realtà anche un mago.
Sono atteg­gia­menti e pre­fe­renze comun­que com­pren­si­bili e che si giu­sti­fi­cano di fronte al grande pre­gio di una chia­rezza dav­vero esem­plare nell’affrontare que­stioni assai com­plesse con uno stile sem­pre coin­vol­gente. Il cam­mino dall’apei­ron di Anas­si­man­dro alla gra­vità quan­ti­stica a loop — teo­ria della quale Rovelli rap­pre­senta il mag­gior espo­nente — è descritto come una pro­gres­siva sem­pli­fi­ca­zione e uni­fi­ca­zione dei prin­cìpi. Il punto di svolta è rap­pre­sen­tato dal con­cetto di campo con il quale mate­ria ed ener­gia ven­gono uni­fi­cati in un insieme di forze che non ope­rano nello spa­zio e nel tempo ma sono lo spa­zio e il tempo.
La mec­ca­nica quan­ti­stica ha inglo­bato nel campo anche gli atomi e ogni pos­si­bile par­ti­cella, per cui il mondo non sarebbe fatto di campi e di par­ti­celle ma di un’unica realtà che è il campo quan­ti­stico cova­riante, le cui carat­te­ri­sti­che fon­da­men­tali sono costi­tuite dalla gra­nu­la­rità, dall’indeterminismo e dalla rela­zio­na­lità.
Gra­nu­la­rità per­ché — come aveva intuito Demo­crito — non è vero che la mate­ria sia divi­si­bile all’infinito; esi­ste un limite alla divi­si­bi­lità nello spa­zio, la cui lun­ghezza minima e non ulte­rior­mente ridu­ci­bile si chiama lun­ghezza di Planck. Tra que­sta scala enor­me­mente pic­cola e la scala cosmo­lo­gica — quella delle galas­sie, degli spazi ster­mi­nati, dell’Universo — «c’è dun­que l’immensa distanza di 120 ordini di gran­dezza. Mol­tis­simo. Ma finito».
Inde­ter­mi­ni­smo per­ché nel cosmo quan­ti­stico nulla è fermo e misu­ra­bile di per sé ma tutto è in moto e sem­pre flut­tuante. Gli oggetti che per­ce­piamo — dai sassi alle mon­ta­gne, dai sor­risi di chi ci sta vicino alle onde del mare — sono in realtà un flusso con­ti­nuo e con­ti­nua­mente varia­bile, una vibra­zione senza fine, una costante e pas­sa­bile inco­stanza.
Rela­zio­na­lità per­chéè chiaro che nella sua strut­tura gra­nu­lare e inde­ter­mi­ni­stica ogni cosa esi­ste sol­tanto in rela­zione a ciascun’altra, che un oli­smo radi­cale costi­tui­sce il mondo, che «è solo nelle rela­zioni che si dise­gnano i fatti della natura», che «gli elet­troni non esi­stono sem­pre. Esi­stono solo quando inte­ra­gi­scono. Si mate­ria­liz­zano in un luogo quando sbat­tono con­tro qual­cosa d’altro. (…) Quando nes­suno lo disturba, un elet­trone non è in alcun luogo».
Si arriva così alla que­stione fon­da­men­tale, al pro­blema del tempo. Uno dei capi­toli si inti­tola Il tempo non esi­ste ma si tratta di una for­mula troppo netta e smen­tita dagli stessi con­te­nuti del libro. Anche alla scala pic­co­lis­sima nella quale si mani­fe­sta la gra­vità quan­ti­stica «lo spa­zio e il tempo cam­biano natura. Diven­tano qual­cosa d’altro», il che non vuol dire che non esi­stono ma che si mostrano ancora una volta nella loro natura enig­ma­tica e affa­sci­nante di vibra­zioni della mate­ria, le quali non vibrano in un tempo e in uno spa­zio già costi­tuti ma che nel loro vibrare sono lo spa­zio e il tempo: «Lo scor­rere del tempo è interno al mondo, nasce nel mondo stesso, dalle rela­zioni fra eventi quan­ti­stici che sono il mondo e gene­rano essi stessi il pro­prio tempo».
Rovelli si spinge sino ad affer­mare che «i campi quan­ti­stici cova­rianti rap­pre­sen­tano la migliore descri­zione che abbiamo oggi dell’apei­ron, la sostanza pri­mor­diale che forma il tutto, ipo­tiz­zata dal primo scien­ziato e primo filo­sofo, Anas­si­man­dro».
La con­se­guenza di tutto que­sto è che, lungi dal «non esi­stere», il tempo è l’esistere stesso di ogni ente, evento e pro­cesso, pro­prio nel senso quan­ti­stico che non ci sono oggetti irre­lati tra di loro ma sol­tanto eventi legati gli uni agli altri in un modo indis­so­lu­bile.
Il libro chia­ri­sce bene come l’orizzonte delle ricer­che con­tem­po­ra­nee con­si­sta nel ten­ta­tivo di coniu­gare la mec­ca­nica quan­ti­stica e la rela­ti­vità con le teo­rie sull’informazione e quindi con la ter­mo­di­na­mica, la quale è impen­sa­bile senza l’irreversibilità, senza il tempo: «Siamo esseri che vivono nel tempo: abi­tiamo il tempo, ci nutriamo di tempo. Siamo un effetto di que­sta tem­po­ra­lità, pro­dotta da valori medi di varia­bili micro­sco­pi­che».
La fisica ci pro­ietta oltre l’umano, al di là di ogni pre­tesa antro­po­cen­trica, lasciando com­pren­dere — con il rigore della mate­ma­tica unito alla potenza dell’immaginazione — che l’immensa ric­chezza della mate­ria passa (per noi) attra­verso la parte di mate­ria che è il cer­vello, poi­ché se «la realtà non è come ci appare» è anche per­ché è costruita dalla nostra mente, la quale è mate­ria con­sa­pe­vole di esistere.

Tempo, spazio e materia appaiono generati da un pullulare di eventi quantistici elementari. Comprendere questa tessitura profonda della realtà è l’obiettivo della ricerca in gravità quantistica, la sfida della scienza contemporanea dove tutto il nostro sapere sulla natura viene rimesso in questione. Carlo Rovelli, uno dei principali protagonisti di questa avventura, conduce il lettore al cuore dell’indagine in modo semplice e avvincente. Racconta come sia cambiata la nostra immagine del mondo dall’Antichità alle scoperte più recenti: l’evaporazione dei buchi neri, l’Universo prima del big bang, la struttura granulare dello spazio, il ruolo dell’informazione e l’assenza del tempo in fisica fondamentale. L’autore disegna un vasto affresco della visione fisica del mondo, chiarisce il contenuto di teorie come la relatività generale e la meccanica quantistica, ci porta al bordo del sapere attuale e offre una versione originale e articolata delle principali questioni oggi aperte. Soprattutto, comunica il fascino di questa ricerca, la passione che la anima e la bellezza della nuova prospettiva sul mondo che la scienza svela ai nostri occhi. - See more at: http://www.raffaellocortina.it/la-realt%C3%A0-non-%C3%A8-come-ci-appare#sthash.YuRxmGB7.dpufTempo, spazio e materia appaiono generati da un pullulare di eventi quantistici elementari. Comprendere questa tessitura profonda della realtà è l’obiettivo della ricerca in gravità quantistica, la sfida della scienza contemporanea dove tutto il nostro sapere sulla natura viene rimesso in questione. Carlo Rovelli, uno dei principali protagonisti di questa avventura, conduce il lettore al cuore dell’indagine in modo semplice e avvincente. Racconta come sia cambiata la nostra immagine del mondo dall’Antichità alle scoperte più recenti: l’evaporazione dei buchi neri, l’Universo prima del big bang, la struttura granulare dello spazio, il ruolo dell’informazione e l’assenza del tempo in fisica fondamentale. L’autore disegna un vasto affresco della visione fisica del mondo, chiarisce il contenuto di teorie come la relatività generale e la meccanica quantistica, ci porta al bordo del sapere attuale e offre una versione originale e articolata delle principali questioni oggi aperte. Soprattutto, comunica il fascino di questa ricerca, la passione che la anima e la bellezza della nuova prospettiva sul mondo che la scienza svela ai nostri occhi. - See more at: http://www.raffaellocortina.it/la-realt%C3%A0-non-%C3%A8-come-ci-appare#sthash.YuRxmGB7.dpuf