Il Sole Domenica 8.10.17
Fisica del nulla
Com’è pieno lo spazio vuoto
di Mauro Dorato
Da
Leibniz a Heidegger al filosofo recentemente scomparso Nozick, «Perché
esiste qualcosa invece che il nulla?» è stata considerata la
fondamentale domanda della metafisica. Una domanda del genere, se si
riferisce alla creazione del mondo ex nihilo, ha ovviamente una
presupposizione teologica, come se Dio scegliesse tra uno stato di nulla
e uno di essere e considerasse quest’ultimo come preferibile al primo.
Ma se Dio stesso è una qualche forma di essere, nemmeno l’idea della
creazione può fornire una risposta alla domanda.
In filosofia si
parla di vuoto almeno dai tempi di Democrito. Tuttavia, in un saggio
accessibile anche al lettore colto, il brillante fisico-matematico e
filosofo americano James Weatherall chiarisce appropriatamente che il
«nulla» o meglio il «vuoto» di cui parla la fisica non è il nulla
assoluto, ma è qualcosa di molto più interessante. Il messaggio
fondamentale della ricostruzione storico-critica di Weatherall, che
inizia da Newton e termina con la fisica contemporanea, è che il «nulla»
di cui parla la fisica non va inteso nel senso pre-teorico che «nulla»
ha nel linguaggio ordinario. Partendo da uno dei due pilastri della
fisica del secolo scorso, la meccanica quantistica, sappiamo che il
cosiddetto vuoto quantistico è lo stato fondamentale dell’universo
fisico.
A differenza del vuoto democriteo – il vero e proprio
nulla in cui si volteggiava l’essere degli atomi – il vuoto quantistico
però non è affatto completa assenza di essere, visto che è comunque
«pieno» di eventi interessanti, quali per esempio fluttuazioni del campo
e fulminee creazioni e annichilazioni di coppie di particelle.
Analogamente,
Weatherall spiega come, seguendo la lezione dell’altro pilastro della
fisica, la relatività generale, una regione dello spazio tempo «vuota»
di materia contiene onde gravitazionali «capaci di mettere in vibrazione
una molla»: anche in questa fondamentale teoria l’assenza di materia
non equivale affatto a un nulla assoluto.
Il nulla fisico è
rilevante anche nei tentativi di unificare relatività generale e
meccanica quantistica, il compito della fisica di questo secolo. Sebbene
il grande fisico americano Feynman dicesse nel 1988 che una delle
principali linee di ricerca della gravità quantistica, la teoria delle
stringhe, «non produce nulla ed è sempre in cerca di scuse», dal punto
di vista della «fisica del nulla» essa è comunque rilevante, dato che
moltiplica il numero dei vuoti fino all’inverosimile cifra di dieci
seguito da 500 zeri! Ciò che più conta per noi è però il fatto che,
indipendentemente dalla teoria delle stringhe, già solo la differenza
tra il vuoto quantistico e quello della relatività generale basta a
concludere che, almeno per il momento, in fisica esiste più di un
«nulla» .
Le tappe storiche fondamentali ripercorse dal libro
anche grazie a gustosi dettagli biografici sono presentate in modo
sintetico ma sempre informativo e preciso, fatto quest’ultimo reso
possibile dalla grande padronanza tecnica del suo autore. Il viaggio
inizia con la famosa disputa tra Newton e Leibniz sullo realtà dello
spazio assoluto: mentre per Newton lo spazio è uno scatolone vuoto nel
quale i corpuscoli si muovono, per Leibniz è un insieme di relazioni
possibili tra eventi: Weatherall mette in luce ciò che i due
condividevano sulla sua struttura geometrica (più di quanto in genere si
pensi) e ciò che invece li separava, ovvero il rapporto tra spazio e
tempo.
Ci viene poi raccontata l’immissione nella fisica
dell’Ottocento di un’entità fisica ma priva di massa, il campo
elettromagnetico, una ragnatela che pervade lo spazio e che permette ai
nostri cellulari di dialogare. Per il fisico dell’Ottocento James
Maxwell tale campo si poteva trasmettere solo grazie a una sostanza
vibrante (l’etere). Ma con l’estensione all’elettromagnetismo del
principio di relatività di Galilei operata dalla relatività speciale si
comprende che un’onda elettromagnetica si può propagare nel vuoto.
Immaginiamo una stanza prossima a una sorgente di onde elettromagnetiche
e gravitazionali dalla quale rimuoviamo ogni oggetto e anche
l’invisibile aria: al suo interno troviamo comunque sia il campo
elettromagnetico sia quello gravitazionale.
Con la relatività
generale Einstein scopre che quest’ultimo campo può essere identificato
con uno spazio (tempo) curvo, fluttuante e dinamico. L’ultima tappa del
libro descrive in maggior dettaglio il «nulla» fisico fondamentale,
ovvero il vuoto della teoria quantistica dei campi che come già visto, è
in realtà un differente stato della materia. Weatherall, che ha un vero
talento esplicativo grazie alla facilità con cui trova metafore, lo
paragona «a un mare che ribolle di attività».
Una delle due
lezioni di questo bellissimo testo è che la fisica si appropria di
concetti fondamentali del linguaggio ordinario, come spazio, tempo,
materia e li trasforma all’interno delle sue teorie rendendoli più
precisi ma mutandone radicalmente il significato. Ne segue un conflitto
con il senso comune, sul quale la scienza comunque parte.
Questo è
accaduto anche per il concetto di vuoto, ed è proprio grazie a questi
mutamenti concettuali che una storia della fisica ricostruita a «partire
dal nulla» è piena di interesse. L’altra lezione è che una vera
comprensione dei concetti fondamentali della scienza non può che passare
attraverso una loro ricostruzione storico-critica.
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James Weatherall,La fisica del nulla. La strana storia dello spazio vuoto , Bollati, Torino, pagg.186, € 22
