TRA FISICA E REALTA'

IL G.U.T. (TEORIA DELLA GRANDE UNIFICAZIONE)

Prima di iniziare mi sorge spontanea una domanda:come posso spiegare della fisica a livello elementare rinunciando al concetto di materia intesa come cosa direttamente osservabile,tangibile e ponderabile?come posso proporre un punto di partenza costituito non dal sasso che cade o dalla trave che sopporta un carico,ma ,magari, dal concetto di campo,di dilatazione temporale,di contrazione delle lunghezze,di curvatura geodetica dello spazio,oppure partendo dal concetto di particelle subatomiche che si identificano con l'energia ed assumono forme e posizioni astratte,definite da leggi matematiche probabilistiche?Sono certa che,anche chi non possiede una piena padronanza di teorie e modelli matematici che a tutt'oggi sono patrimonio di pochi specialisti,con un buon esempio,ci riusciro'.Immaginiamo un gigante grande quanto una stella,che vive miliardi di anni e che vede intorno a se un turbinio di oggetti aventi dimensioni paragonabili alle sue.E' possibile che egli possa valersi della fisica che l'uomo vincolato ad un piccolo oggetto chiamato terra,ha costruito riferendosi alla terra stessa e magari considerando fisso un albero e in moto una pietra che cade?Immaginiamo anche un essere dalle dimensioni di una particella subatomica,la cui vita dura un miliardesimo di miliardesimo di secondo,il quale vede intorno a se altre particelle in moto,a distanze per lui enormi.E' pensabile che il suo moto sia regolato dalle stesse leggi che l'uomo ha inventato per studiare il moto di un automobile?In natura si conoscono solo quattro forze che governano il mondo del gigante,il nostro mondo e il mondo del nanerottolo particella:interazioni forti ,deboli, elettromagnetiche e gravitazionali...solo a titolo di cronaca :le prime si hanno tra nucleoni e iperoni,le seconde causano il decadimento di tutte le particelle,tranne dell'elettrone ,del protone ,del neutrino e del fotone,le terze regolano il movimento di corpi carichi elettricamente e ,infine ,le quarte,quelle gravitazionali,sono le responsabili dei fenomeni cosmologici.Alle soglie del xx secolo,l'edificio della fisica appariva imponente:la meccanica reggeva e prevedeva qualunque movimento con grande precisione;la natura atomica della materia e le leggi chimiche che ne derivano erano ben stabilite;i fenomeni termici risultavano chiariti;la natura elettrica dei costituenti primi della materia era stata definita ed erano state formulate le caratteristiche dell'interazione fra i campi elettromagnetici e le particelle atomiche.L'euforia determinata da questa situazione si propago' alle concezioni filosofiche;l'uomo ritenne che tutto avrebbe trovato una spiegazione nelle leggi fisiche.Vi erano, pero',problemi concettuali gravi connessi con le immagini di spazio-tempo che per la meccanica avevano caratteristiche diverse da quelle richieste dall'elettromagnetismo.Peraltro la sintesi non appariva completa perche' nel quadro della fisica del tempo non era possibile calcolare l'irraggiamento di un corpo incandescente;non si riusciva a comprendere il meccanismo attraverso il quale si formano le righe spettrali prodotte dall'atomo;non si spiegava per quale motivo la velocita' della luce fosse insensibile al moto dell'osservatore;infine era stato scoperto un mondo nuovo ,quello della radioattivita'.Ognuno di questi problemi lanciava una sfida alla fisica del tempo e fu necessario compiere,nella prima meta' del nostro secolo,un balzo concettuale che si puo' ritenere unico nella storia di tutte le scienze:un balzo che porto' alla formulazione della teoria della relativita' e dei quanti.Einstein elimino' la contraddizione fra meccanica ed elettrodinamica e concepi' una meccanica relativistica in accordo con le esperienze di Michelson (che aveva dimostrato l'indipendenza della velocita' della luce da quella dell'osservatore),e fu lui a stabilire che la velocita' della luce e' un limite assoluto,invalicabile,per la trasmissione di informazioni.Questa nuova meccanica,che si stacca in maniera definitiva dalla "fisica del rappresentabile intuitivamente",non e' tuttavia in contraddizione con la meccanica newtoniana,quest'ultima e' semplicemente il caso limite della meccanica relativistica,caso che si presenta quando le velocita' sono piccole.Spingendosi oltre la meccanica esposta nella teoria della relativita' ristretta,Einstein fu colpito dall'identita' fra massa inerziale e massa gravitazionale ed elaboro' la teoria della relativita' generale,che si puo' considerare un integrazione nello spazio -tempo quadridimensionale della teoria della gravitazione;in questo modo venivano fornite nuove basi matematiche alla cosmologia.1)Qual'e' il potere unificante della teoria di Einstein?...aver creato delle leggi di covarianza che ci permettano il passaggio fra le leggi fisiche che governano il nostro mondo e quello del gigante.Contemporaneamente a quella relativistica, avveniva una seconda rivoluzione nel campo della fisica con lo sviluppo della teoria dei quanti.L'interpretazione dell'irraggiamento del corpo nero e quella dell'effetto fotoelettrico portarono a riconoscere la natura quantistica della luce;si giunse cioe' ad ammettere che l'emissione di energia elettromagnetica(luce,onde radio,calore raggiante)avviene in maniera discontinua,sotto forma di fotoni che hanno un energia e=hv.:Le stesse idee furono estese alla struttura dell'atomo,che venne concepito come un sistema planetario di elettroni che circondano il nucleo.Le orbite degli elettroni obbedivano alle nuove leggi di una meccanica nella quale il momento angolare viene ad essere "quantizzato in multipli".Pur essendo incomprensibile nell'ambito di un intuizione classica,questo modello risolve immediatamente lo scottante problema dell'emissione e dell'assorbimento della luce da parte di un atomo.Tutte queste concezioni vennero elaborate matematicamente e sfociarono in una nuova meccanica,la meccanica quantistica.Heisemberg ne dette una formulazione matriciale e Schrodinger stabili' l'equazione d'onda,alla quale obbediscono le onde materiali.La meccanica quantistica dovette rinunciare alla descrizione del moto di masse puntiformi e formulare l'insieme delle sue leggi fondandosi su una funzione d'onda,che e' soltanto connessa con la probabilita' di trovare una particella in un punto dato.Questa concezione,malgrado le schiaccianti conferme sperimentali,urta il "buonsenso" ,cioe' la concezione classica del principio di causalita'.Il principio di indeterminazione di Heisemberg precisa l'impossibilita' concettuale di misurare esattamente e simultaneamente due grandezze complementari (come posizione e velocita') di una particella. Venne cosi' anche stabilita definitivamente la dualita' esistente nel mondo dell'infinitamente piccolo:il doppio aspetto di onda e di particella ,il doppio aspetto ondulatorio e corpuscolare dei fenomeni su scala subatomica.Dirac stabili' infine un equazione d'onda che descrive le particelle con spin 1/2 e si spinse a predire l'esistenza di antiparticelle ,che verra' poi confermata come conclusione genereale nella fisica delle alte energie.2) Teoria dei quanti : equazioni probabilistiche che regolano i fenomeni microscopici.Quale conclusione si puo' trarre da cio' che ho scritto ora in questo brevissimo sunto?...che la fisica moderna e' oggi in possesso di due grandi sistemi fisici,quello relativistico che risolve i problemi legati al nostro mondo e a quello macroscopico e la fisica quantistica che risolve ,almeno in parte, i problemi microscopici.Si e' in attesa ,percio' ,di un colpo di genio per la definitiva unificazione.La formulazione di un unica grande teoria Quanto - Relativistica valida per l'uomo,per il gigante e per il nanerottolo.Il concepimento di un tale sistema necessita di un progressivo scollamento tra senso comune e immagine scientifica del mondo.Sempre piu' spesso ed in modo sempre piu' accentuato il mondo fisico non si identifica con cio' che si puo' osservare,ma con cio' che risulta da un ragionamento o da un calcolo matematico.Il mondo fenomenologico (quello che secondo Hegel era la descrizione delle diverse forme attraverso le quali lo spirito,partendo dalla coscienza sensibile,diventa sapere assoluto) da un punto di vista fisico viene creato matematicamente e le conseguenze vengono verificate sperimentalmente.In altre parole da Galileo ad oggi la situazione si e' invertita,nel senso che non sono piu' le relazioni matematiche a discendere dalle nostre intuizioni,che a loro volta scaturiscono dall'osservazione e dalla sperimentazione, ma sono le intuizioni che debbono adattarsi ai risultati dei calcoli matematici.L'astrazione , per quanto difficile da concepire , e' la fonte della potenza pratica.Per analizzare la realta' che ci circonda usiamo fondamentalmente due tipi di procedimenti logici : quello induttivo e quello deduttivo. il primo parte da osservazioni particolari per arrivare a conclusioni generali;il secondo segue il processo inverso,cioe' parte da conoscenze generali per prevedere un osservazione specifica.Sono due procedimenti che ,in quanto vie della conoscenza,noi seguiamo sia che vogliamo individuare un guasto meccanico della nostra moto, sia che ci proponiamo di formulare leggi generali della meccanica.Gli stessi procedimenti ,coordinati e accompagnati dalla sperimentazione e dalla misurazione,sono alla base del metodo scientifico, il quale pure ,in questo metodo conoscitivo ,e' unico e indipendente dal settore specifico cui viene applicato.La fisica e' una scienza sperimentale che coordina le conoscenze acquisite sui fenomeni naturali in un sistema di leggi,in modo che esse risultino deducibili per via logica da un insieme ridotto di principi; qui e' di grande aiuto la matematica - la quale percio' va considerata uno dei pilastri della fisica - ,soprattutto perche' consente di formulare rigorosamente e sinteticamente i risultati conseguiti.Minouche.