TRA FISICA E REALTA'

LA LOGICA DELLA FISICA MODERNA

                                   LA LOGICA DELLA FISICA MODERNA

                                    Parte Prima : Punti di vista generali

Qualunque sia la nostra opinione circa l'accettazione definitiva dei dettagli analitici della teorie ristretta e generale della relatività di Einstein,non v'è dubbio che grazie a queste teorie la fisica ha subito un cambiamento permanente.Lo scoprire che i nostri concetti classici,ammessi senza discussione,erano inadatti ad affrontare l'effettiva situazione,ha costituito una grande sorpresa,da cui è nato un attegiamento critico,nei riguardi di tutta la struttura concettuale,che almeno in parte permarrà.Un esame della situazione dopo questa sorpresa mostra che non avrebbero dovuto occorrere i fatti sperimentali che hanno portato alla relatività,per convincerci dell'insufficienza dei nostri vecchi concetti,e che invece un analisi sufficentemente profonda avrebbe dovuto per lo meno prepararci alla possibilità di ciò che Einsein fece.Guardando ora verso l'avvenire,possiamo affermare che le nostre idee circa il mondo esterno saranno sempre soggette a cambiamenti con l'aumentare della nostra conoscenza sperimentale;però vi è una parte del nostro atteggiamento verso la natura che non dovrebbe cambiare in avvenire,precisamente quella parte cghe poggia sulla base stabile del carattere della nostra mente.E' proprio qui,in questo aumento di comprensione dei nostri rapporti mentali con la natura,che bisogna vedere il contributo definitivo della relatività.Dovremmo ora dedicarci alla ricerca di una comprensione così profonda del caraqttere dei nostri rapporti mentali con la natura,che diventi impossibile un altro cambiamento nel nostro attegiamento come quello dovuto a Einstein.E' comprensibile che una rivoluzione nell'attegiamento mentale abbia avuto luogo una volta,dato che la fisica è una scienza giovane ed i fisici hanno avuto molto da fare,ma non avremmo scuse se in futuro giungessimo a considerare necessaria un'altra rivoluzione del genere.

                             Sempre possibili nuove specie di esperienze

La prima lezione della nostra recente esperienza con la relatività consiste semplicemente in una accentuazione di quanto l'insieme delle precedenti esperienze ci aveva pure insegnato,e cioè che quando l'indagine sperimentale tocca nuovi campi,dobbiamo attenderci fatti nuovi,di un carattere totalmente diverso dei fatti già a noi noti.Questo si vede non soltanto nella scoperta di quelle proprietà insospettate della materia in moto a velocità elevate,che hanno ispirato la teoria della relatività,ma anche,e in modo più evidente,nei nuovi fenomeni nel dominio dei quanti.Fino a un certo punto,naturalmente,il riconoscimento di tutto ciò non comporta un cambiamento di atteggiamento : il "fatto" è sempre stato per il fisico l'argomento decisivo contro cui non vi è appello,e di fronte al quale l'unico atteggiamento possibile è un'umiltà quasi religiosa.La nuova caratteristica della situazione attuale è una più profonda convinzione nella reale esistenza di nuovi generi di esperienza e nella possibilità di incontrarne continuamente.Già ci siamo trovati di fronte a fenomeni nuovi entrando nei campi delle grandi velocità e delle piccole scale di grandezza : analogamente,possiamo prevedere di incontrarne,per esempio,entrando nel campo delle grandezze cosmiche o in quello delle proprietaà della materia di densità eccezionale,quale si suppone esista all'interno delle stelle.Nel riconoscimento della possibilità di nuove esperienze al di fuori dei nostri limiti attuali,è implicito il riconoscimento che nessun elemento di una situazione fisica,comunque irrilevante o banale,fino a che gli esperimenti non proveranno effettivamente questa mancanza di effetti.L'atteggiamento del fisico deve pertanto essere un attegiamento di puro empirismo.Egli non deve ammettere nessun principio  a priori che determini o limiti le possibilità di nuove esperienze.L'esperienza-è-determinata-soltanto-dall'esperienza.Questo praticamente sigifica che noi dobbiamo rinunciare alla pretesa che tutta la natura venga abbracciata in una formula,semplice o complicata.Può darsi che risulti effettivamente possibile comprendere la natura in una formula,ma dobbiamo organizzare il nostro pensiero in modo da non considerare ciò una necessità.

                                  Il carattere operativo dei concetti

Nel riconoscere l'essenziale impossibilità di estrapolare il significato degli esperimenti al di là dei loro limiti attuali,il fisico deve,per non essere costretto a rivedere continuamente il proprio atteggiamento,usare nella descrizione e nel collegamento reciproco dei fenomeni naturali concetti di un genere tale,che la nostra esperienza del momento non ponga ipoteche sul futuro.In ciò mi sembra consistere il contributo maggiore di Einstein.Sebbene personalmente egli non lo dichiari in modo esplicito,credo che uno studio di quanto Einstein ha fattomostri la modifica subita per opera sua dal nostro modo di giudicare quali sono e quali dovrebbero essere i concetti utili in fisica.Fino ad ora molti dei concetti della fisica sono stati definiti in termini delle loro proprietà.Un esempio eccellente è rappresentato dal concetto newtoniano di tempo assoluto.La seguente citazione dallo Scolio del libro I dei "Principia" è indicativa : 

"Io non definisco Tempo,Spazio,Luogo o Movimento,in quanto sono ben noti a tutti.Osservo soltanto che il profano non concepisce queste grandezze altro che in termini delle loro relazioni con gli oggetti sensibili.Da ciò il sorgere di certi pregiudizi,per rimuovere i quali è conveniente distinguerle in Assolute e Relative,Vere e Apparenti,Matematiche e Comuni.Il Tempo Assoluto,Vero e Matematico,in sè e per sua natura scorre uniformemente senza riferimento a nulla di esterno,e con altro nome viene detto Durata".

Ora nulla ci garantisce che in natura esista qualcosa avente prprietà simili a quelle indicate in tale descrizione,e la fisica,ridotta a concetti di questo genere,diventa una scienza astratta e lontana dalla realtà quanto la gometria astratta dei matematici,costruita su postulati.E' compito dell'esperienza stabilire se concetti così definiti corrispondono a qualcosa di esistente in natura;noi dobbiamo essere sempre preparati a constatare che questi concetti non corrispondono a nulla,o solo in parte corrispondono a qualcosa.In particolare,se esaminiamo la definizione di tempo assoluto alla luce dell'esperienza,non troviamo in natura nulla che abbia tali proprietà.Il nuovo atteggiamento verso verso i concetti è del tutto differente.Possiamo illustrarlo prendendo in considerazione il concetto di lunghezza.Cosa intendiamo per lunghezza di un oggetto? Evidentemente sappiamo che cosa intendiamo per lunghezza se possiamo dire qual'è la lunghezza di qualunque oggetto,ed al fisico non occorre niente di più.Per trovare la lunghezza di un oggetto,dobbiamo compiere certe operazioni fisiche.Il concetto di lunghezza risulta pertanto fissato quando sono fissate le operazioni mediante cui la lunghezza si misura; vale a dire,il concetto di lunghezza implica nè più nè meno che il gruppo di operazioni con cui la lunghezza si determina.In generale,per lunghezza noi non intendiamo altro che un gruppo di operazioni; il-concetto-è-sinonimo-del-corrispondente-gruppo-di-operazioni.Se il concetto è fisico,come nel caso della lunghezza,le operazioni sono effettive operazioni fisiche,cioè quelle mediate cui si misura la lunghezza; se il concetto è mentale,come nel caso della continuità matematica,le operazioni sono operazioni mentali,cioè quelle mediante cui determiniamo se un dato insieme di grandezze è continuo o no.Non intendiamo con ciò che vi sia una divisione netta e fissa tra concetti mentali e concetti fisici,o che l'una specie di concetti non contenga sempre qualche elemento dell'altra; questa classificazione non ha importanza ai fini delle mie future considerazioni.Dobbiamo esigere che il gruppo di operazioni equivalente a un dato concetto sia un gruppo unico,altrimenti sorgono inammissibili possibilità di ambiguità nelle applicazioni pratiche.Applichiamo questa idea di <> al tempo assoluto : non comprendiamo il significato del tempo assoluto a meno che non ci poniamo in grado di determinare il tempo assoluto di qualunque evento concreto,cioè a meno che non misuriamo il tempo assoluto.Ora,basta che noi esaminiamo una delle operazioni con cui possiamo misurare il tempo per vedere che tutte le operazioni di questo genere sono operazioni relative.Pertanto la precedente,affermazione che il tempo assoluto non esiste,viene sostituita dall'affermazione che il tempo assoluto è privo di significato.Nell'affermare ciò non diciamo nulla di nuovo circa la natura,ma soltanto portiamo in luce implicazioni già contenute nelle operazioni fisiche usate per misurare il tempo.E' evidente che se noi adottiamo nei riguardi dei concetti questo punto di vista,cioè che la definizione propria di un concetto va data non in termini di proprietà,ma in termini di operazioni effettive,evitiamo il pericolo di dover rivedere il nostro atteggiamento verso la natura.Infatti se l'esperienza viene sempre descritta in termini di esperienza,vi sarà sempre corrispondenza tra l'esperienza e la nostra descrizione di essa,e noi non ci troveremo mai imbarazzati come ci è successo cercando di rintracciare in natura il prototipo del tempo assoluto di Newton.Inoltre,tenuto presente  che le operazioni a cui un concetto fisico equivale sono operazioni fisiche effettive,i concetti risulteranno definibili soltanto nei limiti dell'esperienza attuale,indefiniti a privi di significato nei domini non ancora toccati dall'esperienza.Ne segue che,a rigore,noi non possiamo fare la minima affermazione circa domini non ancora toccati dall'indagine sperimentale,e che quando ne facciamo qualcuna,come inevitabilmente succede,compiamo un estrapolazione convenzionale,della cui insufficienza dobbiamo essere pienamente consapevoli e la cui eventuale giustificazione risiede negli esperimenti del futuro.Probabilmente nè Einstein nè altri autori hanno affermato in modo esplicito che il cambiamento sopradescritto nell'uso dei <> è avvenuto consapevolmente,ma che le cose stiano così è dimostrato,ritengo,da un esame del modo in cui Einstein ed altri impiegano ora i concetti.E' ovvio,infatti,che il vero significato di un termine va cercato esaminando come un uomo lo usa,non cosa ne dice.Posso mostrare che è questo il senso effettivo in cui si stanno cominciando ad usare i concetti,esaminando in particolare il modo in cui Einstein tratta la simultaneità.Prima di Einstein il concetto di simultaneità era definito in termini di proprietà.Era una proprietà di due eventi,descritti in riguardo alla loro relazione nel tempo,che uno fosse precedente o successivo o simultaneo rispetto all'altro.La simultaneità era una proprietà di due eventi,niente altro : i due eventi erano simultanei o non lo erano.Si giustificava l'uso di tale termine in questo modo col fatto che ciò sembrava corrispondere al comportamento effettivo delle cose.Ma naturalmente l'esperienza era allora limitata ad un campo ristretto.Quando il campo venne allargato,prendendo in considerazione le alte velocità,si vide che il concetto non era più applicabile perchè nell'esperienza non vi era alcun riflesso di questa relazione assoluta fra due eventi.Einstein assoggettò il concetto di simultaneità ad una critica consistente,in sostanza,nel mostrare che le operazioni grazie a cui due eventi possono venir descritti come simultanei,comportano misure sui due eventi effettuate da un osservatore,di modo che,l'essere <> non è una proprietà assoluta riguardante solo i due eventi,ma implica invece il rapporto degli eventi con l'osservatore.Pertanto,finchè non si hanno prove sperimentali in contrario,dobbiamo essere preparati che la simultaneità di due eventi dipende dal loro rapporto con l'osservatore,e in particolare della loro velocità.Einstein,analizzando le implicazioni del giudizio di simultaneità e ponendo nell'atto dell'osservatore l'essenza della situazione,adotta in pratica un nuovo punto di vista riguardo ciò che dovrebbero essere i concetti della fisica,e precisamente il punto di vista operativo.Naturalmente Einstein andò molto più in là e trovò il modo esatto in cui le operazioni per giudicare la simultaneità cambiano al muoversi dell'osservatore,ottenendo espressioni quantitative circa l'effetto del moto dell'osservatore sul tempo relativo di due eventi.Possiamo osservare,tra parentesi,che vi è una grande libertà di scelta nello stabilire le operazioni stesse;quelle scelte da Einstein erano determinate da ragioni di convenienza e semplicità in rapporto ai raggi di luce.A prescindere dalle relazioni quantitative precise della teoria di Einstein,il punto importante per noi è che se avessimo adottato il punto di vista operativo,avremmo visto,prima ancora della scoperta dei fenomeni fisici effettivi,che la simultaneità è in sostanza un concetto relativo,e avremmo fatto posto nel nostro pensiero alla possibilità di scoprire quegli effetti che vennero poi trovati.Minouche.