Complementarità e dintorni 2.

20 gennaio 2007
Pubblicato da

di Antonio Sparzani

L’ultima parola del pezzo precedente era imbroglio. Parola impegnativa. Nella scienza, poi, perbacco, cosa può voler dire.

Prima di tutto, per tranquillizzare (o forse non tranquillizzare) i bisognosi di certezze, diciamo subito che non è che adesso rispondiamo alla domanda se la luce è un’onda o una particella con l’ultimo ritrovato della scienza moderna. Bisogna purtroppo adattarsi al fatto, il fatto, che la scienza non va avanti risolvendo tutti i problemi già posti, negli stessi termini e con gli stessi criteri con cui si erano posti. No. La scienza va avanti – e così è anche stata e continua a essere un po’ più divertente – cambiando i problemi, facendone sparire qualcuno di vecchio e inventandone di nuovi e risolvendo quelli vecchi in termini insospettati, termini che magari non sarebbero stati in precedenza accettati.

Certo non sempre è così – in casi importanti è stato anche così.

Prendete il fisico quadratico medio (voi scuserete questa espressione, evidentemente e ironicamente settaria, almeno nel senso che è molto usata nella setta): se gli domandate appunto se la luce ecc., lui risponde che non è più una domanda, che la luce è tutte e due e che la cosa non è contraddittoria, perché mai dovrebbe esserlo, mica si può applicare il senso comune a tutte le nuove conquiste della scienza. L’importante, dice il sullodato, è che abbiamo uno strumento formale chiaro e distinto per descriverne il comportamento. Cos’è lo strumento formale? È il mezzo matematico, il mezzo per eccellenza, quello che ormai ha intriso la fisica completamente e definitivamente. Sentite cosa diceva Pauli, lui in persona, Wolfgang Pauli, figlio di vecchia famiglia ebrea praghese trasbordata a Vienna a fine Ottocento – non lasciatevi ingannare dal cognome, il papà era Pascheles, che si fece prontamente cambiare a Vienna il cognome perché l’antisemitismo già era nell’aria, e altrettanto prontamente si convertì al cattolicesimo: non voleva guai nella carriera universitaria.

Wolfgang fu quindi romanamente battezzato Wolfgang Ernst Friedrich e il secondo nome in onore di Ernst Mach, amico venerato dal padre. Mach visitava volentieri la casa dei Pauli e la sua impronta nel ragazzino è fuor di dubbio.

Bene il figlioletto Wolfgang (1900-1958), enfant prodige della fisica del Novecento, detto dagli anni quaranta in poi Das Gewissen der Physik, la coscienza della fisica, scrisse nel 1955 (aveva già avuto il Nobel nel ‘45 ed era un’autorità indiscussa) questo breve flash ricostruttivo della mentalità che girava negli anni Venti (anni venti anche per lui), quando si stava – lui con un piccolo numero di altri, non più di cinque o sei – veramente mettendo in piedi la nuova fisica (La Meccanica Quantistica, nulla meno di così):

«Dopo un breve periodo di confusione spirituale e umana, causato da una provvisorio limitarsi a quanto è limpidamente intuitivo (Anschaulichkeit), si raggiunse un accordo generale sulla possibilità di sostituire ad immagini concrete simboli matematici astratti, come per esempio la psi»

(Niente paura per la psi, è la lettera greca ψ con la quale viene universalmente indicata la funzione fondamentale con la quale la nuova meccanica descrive gli oggetti.)

Piatto, piatto. Guardate che non lo dico con alcuna connotazione negativa, voglio solo far capire che stava diventando ormai chiaro un fatto fondamentale, che ebbe certamente un ruolo progressivo:

quando si devono studiare fenomeni che appartengono a un dominio di realtà che non cade direttamente sotto i nostri sensi, in questo caso la fisica del molto piccolo, non c’è alcuna ragione perché ci si debba aspettare che la nostra intuizione, che ci siamo costruiti nei primissimi anni di vita facendo esperienze elementari e con oggetti ovviamente macroscopici, sia ancora applicabile. La struttura del nostro cervello non si forma giochettando con elusivi elettroni e ancor più elusivi quarks e bosoni, ma giochettando con liquidi macroscopici, corpi umani, cubetti di legno e con tutti i più vari oggetti che possono capitare in mano a un bambino, a seconda della cultura umana nella quale è allevato.

Il fatto interessante è che in una situazione di questo genere l’ancora di salvezza, o meglio, di certezza, cui aggrapparsi era la matematica, quella sì certa e inconfutabile, senza il fastidioso debito del confronto con l’esperienza, con l’intuizione, il continuo controllo, il comandamento supremo di ‘salvare i fenomeni’ che incombe alla fisica in ogni tempo e in ogni luogo.

Basta dunque costruire un edificio teorico che erediti la sua consistenza e la sua non-contradditorietà dalla matematica e tutto è a posto? Certo non è neanche semplicemente così: occorre che alla fine i risultati che bollono giù dalla teoria siano confrontabili con i dati sperimentali, ma non occorre più che tutti i passi intermedi siano in qualche modo interpretabili e intuitivamente ‘visibili’. Un nuovo paradigma. E Pauli, insieme a Bohr, Heisenberg e altri ne fu il vero paladino. Ma tra questi altri mancavano dei pezzi grossi, Einstein e Schrödinger, ad esempio. Ma di ciò, alla prossima.

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10 Responses to Complementarità e dintorni 2.

  1. gianni biondillo il 21 gennaio 2007 alle 18:03

    Grande Antonello!

    (Curiosità: io rammento, ero ragazzo e vado davvero a memoria, un Einstein che diceva che si può spiegare tutta la fisica senza neppure una formula matematica. Era polemico?)

  2. Lorenzo Galbiati il 22 gennaio 2007 alle 01:33

    “La struttura del nostro cervello non si forma giochettando con elusivi elettroni e ancor più elusivi quarks e bosoni, ma giochettando con liquidi macroscopici, corpi umani, cubetti di legno e con tutti i più vari oggetti che possono capitare in mano a un bambino, a seconda della cultura umana nella quale è allevato.”

    Struttura (prima riga) non mi sembra il termine più adeguato: cosa intendeva dire, Sparzani?

  3. antonio sparzani il 22 gennaio 2007 alle 21:52

    caro Gianni, non ho mai sentito quella frase di Einstein, la trovo strana perché di matematica fece un grande uso e quando non ne sapeva abbastanza se la fece insegnare. Ancorché – forse in qualche senso – uno possa dire che pur di adoperare abbastanza abilità, tempo e parole della lingua, tutto si può fare. Si cade subito nella problematica se la matematica sia solo un’abbreviazione di linguaggio, o un salto di qualità. Temo sia un salto di qualità, anche se, sarebbe bene ribadirlo, del tutto accessibile ad Homo Sapiens. (grazie per essere un fan di questi temi con sfumature scientifiche).
    Caro Lorenzo, forse struttura non è il termine più felice, tuttavia intendevo il come si ritrova ad essere fatto il cervello dell’adulto dopo le fondamentali e formative esperienze dell’infante. Queste esperienze sono appunto basate soltanto su oggetti e accadimenti macroscopici, cioè non microscopici. Tanto che, da adulti, occorre allenamento ed istruzione apposita per saper guardare in un microscopio.

  4. alanina il 23 gennaio 2007 alle 11:15

    Caro Antonio,
    affascinanti i temi, e molto bello il modo e il tono in cui lei li tratta.
    Domande:
    “…un salto di qualità, anche se, sarebbe bene ribadirlo, del tutto accessibile ad Homo Sapiens”. Alcuni pensano che eventuali ulteriori traguardi della conoscenza scientifica potrebbero superare il potenziale assoluto di comprensione della mente umana, sia in termini di raffigurazione mentale, sia in termini di matematica (non so se sto usando la terminologia corretta, ma credo che capisca cosa intendo). Si ipotizza anche che il processo conoscitivo nel futuro finirebbe per dover essere demandato a computer autocostruenti e autoevolventi. Lei ha davvero fiducia che i futuri “salti di qualità” resteranno accessibili all’homo sapiens (sia pur educato adeguatamente a nuovi metodi di pensiero)? Io personalmente ho sempre avuto grossi problemi con la matematica e il pensiero astratto in generale… :-)

    “Queste esperienze sono appunto basate soltanto su oggetti e accadimenti macroscopici, cioè non microscopici.” Per come mi è stato insegnato a vedere la questione, la “struttura” (dal mio punto di vista il termine va benone) del cervello corrisponde proprio alle sue cellule, ai loro componenti e alle loro connessioni, e alla conformazione che acquisiscono nei primi mesi/anni di vita, in risposta all’esperienza, cioè agli oggetti e agli accadimenti di cui lei parla. In questo senso, le esperienze sono basate su oggetti e fenomeni macroscopici, ma il processo totale è legato in ugual misura anche a oggetti ed eventi microscopici. No?

  5. silvia c. il 24 gennaio 2007 alle 03:21

    Il drammaturgo inglese Tom Stoppard provò nel 1988 – un anno prima dlela caduta del Muro!- a scrivere un testo teatrale incentrato sull’analogia tra il concetto di Complementarietà in Fisica e l’utilizzo di spie gemelle (in senso biologico) nello spionaggio russo-britannico. Il testo si intitola Hapgood, non è mai stato tradotto in italiano (ma stiamo pensando seriamente di tradurlo e metterlo in scena) e in Inghilterra fu accolto con strana freddezza. Strana perché in ambito anglosassone la divulgazione scientifica è una tradizione scevra dei difetti italiani. Ma neppure lì, forse, avevano molta voglia di accettare il concetto-parola che definisce la natura della luce. Forse perché fa già abbastanza impressione capire che esiste un mondo microscopico in cui vigono regole ben diverse dalle nostre? O forse perché – come credo Stoppard provasse a dire con Hapgood – se esiste un modo per DIRE qualcosa come “la luce è una particella E un’onda” noi macroscopici esseri umani cominciamo a pensare che questo si possa o debba anche in qualche modo applicare a un ambito della nostra esistenza. La complementarietà del Dottor Jekyll e del Signor Hide.
    Sto in realtà chiedendo al gentilissimo Antonio Sparzani se a suo parere, oltre a provocare smottamento e riassestamento in ambito Fisico, la scoperta-invenzione del concetto-parola Complementarietà sulla natura della luce si è in qualche modo riflessa sulla generale percezione del mondo in ambito non scientifico. E se così fosse, avrebbe un senso? Se la Relatività funziona a velocità che noi esseri umani non raggiungeremo “mai”, se non nelle ipotesi matematiche, perché la Relatività ci interessa comunque?

    “There is a straight ladder from the atom to the grain of sand, and the only real mistery in physics is the missing rung. Below it, particle physics; above it, classical physics; but in between, metaphysics. All the mystery in life turns out to be this same mystery, the join between things wich are distinct and yet continuous, body and mind, free will and casuality, living cells and life itself; the moment before the foetus”

    (C’è una scala che porta direttamente dall’atomo al granello di sabbia, e l’unico vero mistero in fisica sta nel piolo mancante. Al di sotto c’è la fisica delle particelle, al di sopra la fisica classica; tra le due, metafisica. Tutti i misteri della vita risultano essere lo stesso mistero, il legame tra le cose che sono distinte ma anche continue, la mente e il corpo, la volontà e il caso, le cellule viventi e la vita stessa; l’istante che precede il feto. )

    (Tom Stoppard, Hapgood, p. 41, mia trad.)

    Grazie!

  6. tashtego il 24 gennaio 2007 alle 15:11

    @sparzani
    credo che, per quanto concerne la percepibilità del “Mondo Piccolo” (anche questa definizione è una metafora), l’ambiente in cui si è evoluta la specie umana, assieme a molte altre specie, abbia inciso molto di più dell’ambiente umano.
    non abbiamo avuto bisogno, come può essere capitato per esempio alle specie di batteri e virus, di percepire il mondo al di sotto di una certa dimensione, per il quale, credo, al di là del linguaggio matematico, possiamo usare solo metafore, cioè riduzioni all’universo del visibile.
    leggevo alcune note di Carlo Bernardini sul problema linguaggio naturale/linguaggio matematico/linguaggio-macchina del cervello, dove si sosteneva una tesi interessante: sarebbe il liguaggio naturale, questo sì, d’ambiente umano, ad inibire le naturali capacità matematiche del cervello dell’infante.
    Bernardini come te il salto di qualità del linguaggio: in altre parole, la fisica vera si farebbe solo coi numeri, e il limite della divulgazione sta nell’impossibilità di rendere realmente a parole i rapporti numerici.
    dunque avrebbe ragione chi dice che, da una certa soglia di complessità in poi, la fisica è contro-intuitiva e non divulgabile.

    @alanina
    bella e plausibile, nonostante la comprensibile reazione prometeica di Sparzani, l’ipotesi dell’incomprensibilità futura degli ulteriori passi scientifici, affidabili solo alle macchine: “si ipotizza anche che il processo conoscitivo nel futuro finirebbe per dover essere demandato a computer autocostruenti e autoevolventi”.
    si affaccia la teoria atea della futura macchina onniscente, come succedaneo di un dio che non c’è mai stato finchè non riusciremo a costruircene uno, o a farlo costruire da altre macchine.
    (ho letto molta fantascienza, da piccolo)

  7. alanina il 25 gennaio 2007 alle 10:28

    Mr. Tash:

    siiii!! anch’io!!!!! proprio quella! un mito, eh?! :-)

    cmq credo che sia stato detto anche da qualche autore un po’ più “presentabile”, anche se non saprei dire chi dove quando.

  8. antonio sparzani il 28 gennaio 2007 alle 22:06

    @ alanina e tashtego
    sulla possibilità che l’uomo possa tener dietro ad un progresso, tra molte virgolette, portato avanti da macchine, è per chiunque difficile pronunciarsi. La mia fiducia tashtegamente prometeica è fondata solo su speranze: che l’uomo sia così furbo da non delegare troppo alle macchine, che mantenga una ultimativa possibilità di controllo, eccetera, ma certo sono parole azzardose assai.
    Se le idee della fisica di oggi hanno qualche plausibilità, certo che tutto si riduce alla fine al microscopico, anche il funzionamento del cervello, la produzione del linguaggio e tutto il resto. C’è però evidentemente un senso in cui, superata tutta una scatola nera della quale al momento non siamo coscienti, “vediamo” il mondo, là fuori, con occhi che riescono a percepire solo le cose che hanno una dimensione superiore ad una ecrta scala di lunghezze e tutto “va come se” i successivi ragionamenti fossero basati su queste osservazioni puramente macroscopiche. Bello sarebbe che la nuova fisica, o almeno la meccanica quantistica, che è già sulla scena da ottant’anni suonati, riuscisse a descrivere un oggetto macroscopico passando attraverso i suoi costituenti microscopici. Ma ciò è lontano da quel che si sa fare. Per un tentativo di risposta, ancorché molto parziale, si può vedere il libro “Un’occhiata alle carte di Dio” di Giancarlo Ghirardi. Grazie a voi e scusate il ritardo nella risposta.

  9. antonio sparzani il 28 gennaio 2007 alle 22:13

    @Silvia
    La mia risposta alla domanda tende al negativo; non vedrei una influenza diretta della valenza della complemetarità fisica nella “generale percezione del mondo in ambito non scientifico” Ma lo dico con cautela, non si può mai dire.
    La relatività ci interessa perchè siamo curiosi di come è fatto il mondo, credo che questa risposta, che certo è ingenua, rispecchi tuttavia una molla di fondo insopprimibile, dai tempi degli uomini che nella più lontana antichità scoprivano la precessione degli equinozi. (E poi noi non andiamo a velocità tipo quella della luce, ma ci mandiamo le particelle elementari!)

  10. Ilic il 13 febbraio 2007 alle 17:50

    Caro Antonio, visto che citi Schrodinger mi piace ricordare il suo lapidario commento al principio di complementarietà di Bohr: “quando non si capisce una cosa si inventa una nuova parola e si finge di averla compresa”.
    L’ho sempre trovata una frase fantastica e quella che meglio di tutte spiegava l’inspiegabile idea di Bohr.
    Certo se poi vogliamo indagare il perchè probabilmente giunse a formulare un tale principio…bhè diciamo che qualche motivazione poteva pure averla. Credo si possa affermare che senza “l’oracolo danese” a fare da freno la deriva esoterica della MQ (leggi anche alcuni lavoretti psicologici del buon Pauli) era abbastanza certa.
    Alla fine di tutte le storie sulla MQ che ho avuto l’occasione di leggere mi sono sembrato trovato (confesso: ideologicamente) d’accordo con Einstein. Anche quando aveva torto, come a Bruxelles nel 1927!
    La strada l’ha indicata lui: l’imbroglio, come lo definisci tu, sta tutto sul ragionare della singola microparticella ignorando il fatto che nessun elemento, per micro che sia, è mai completamente isolato. Quanto meno dal suo proprio campo. E se si pensa che il campo, per lo stesso principio di indeterminazione, non può essere vuoto ed inattivo…bhè, tutto diventa un pò più normale.
    Gli eredi dell’interpretazione ortodossa tendono un pò troppo spesso a dimenticarsi che anche Heisenberg, negli anni ’40, lavorò su un’ipotesi (quella della matrice S) che prevedeva che le microparticelle fossero vibrazioni di un vuoto quantistico descrivibili da una funzione del moto non lineare. E in queste due ultime parole risiede, probabilmente, la strada per rimuovere tutti gli pseduo-misteri della meccanica quantistica.



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