Finito un tipo di fisica mentre ne sta iniziando uno nuovo

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La fisica è giunta al capolinea? E’ possibile che la fisica abbia raggiunto i limiti di tutto ciò che era da scoprire, o siamo ancora all’inizio di un viaggio più lungo? E’ possibile affermare che la fisica sia finita? Spesso, il 21° secolo viene definito come l’età della biologia. O dell’intelligenza artificiale. O di ogni altro settore emergente. Questa situazione riporta la fisica al secolo scorso, quando le rivoluzioni della relatività e della meccanica quantistica sconvolsero il mondo, e le scoperte delle particelle elementari portarono una sfilza di Premi Nobel. Oggi, si parla quasi di uno scenario deserto, dove non saranno trovate nuove particelle per i prossimi decenni, se non per sempre.

A sostegno invece di una vitalità della fisica, c’è da dire, innanzitutto, che, i primi due decenni di questo secolo sono stati abbastanza fruttuosi. Nel 2012 è stata scoperta la particella di Higgs, nel 2015 sono state rilevate le onde gravitazionali, e nel 2019 è stata registrata la prima immagine di un orizzonte degli eventi di un buco nero. Si tratta senza dubbio di tre eventi di rilevante importanza, riportate nelle copertine dei giornali e che hanno catturato l’immaginazione della gente.

Ovviamente, qualcuno potrebbe obiettare dicendo che le basi per le scoperte sopra descritte erano state già definite nei periodi fulgidi della fisica. I buchi neri e le onde gravitazionali sono una diretta conseguenza delle equazioni formulate da Albert Einstein nel 1915. E’ possibile che la fisica abbia esaurito le idee originali?

La fisica è giunta al capolinea? Analizziamo una seconda argomentazione a favore della fisica odierna. Le recenti scoperte nel campo della cosmologia permettono di affermare, con un elevato valore di certezza, che il 95% dell’universo ancora non è noto. Le parti mancanti dell’universo formano quelle che chiamiamo materia oscura energia oscura, che rappresentano entrambe delle forme misteriose di una nuova fisica. Finché tali misteri non vengono risolti, insieme a tanti altri, si può dire che il compito della fisica non si è esaurito. Già la comprensione del 5% di un argomento deve essere considerato come un risultato storico.

Una terza ragione per la quale si debba considerare esagerata l’affermazione che stabilisce la morte della fisica, è collegata a un errore categorico: definire i progressi solo in termini di scoperte di nuove particelle o di nuove forze rappresenta una visione distorta della fisica. In questo modo viene ignorata un’ampia parte della disciplina e viene sottovalutato ciò che ancora è possibile scoprire. Possiamo senza dubbio affermare che quanto conosciamo oggi è assolutamente trascurabile rispetto a tutto ciò che ancora è in attesa di essere studiato.

Lo scopo della fisica è quello di comprendere, in maniera precisa e con opportuni formalismi matematici, ogni manifestazione della materia e dell’energia nell’universo, e siamo ancora solo all’inizio di questo percorso. Affermare che la fisica è finita è come sostenere che la matematica si sia esaurita con l’introduzione dei numeri naturali e dell’aritmetica di base, o che la chimica abbia concluso il suo percorso dopo la definizione della tavola degli elementi. Imparare le regole degli scacchi non ci rende maestri della disciplina.

La verità è che il mondo delle subparticelle non è l’unico posto dove si possono trovare le leggi fondamentali della fisica. Esse possono scaturire anche dal comportamento collettivo di molti componenti della materia. Un semplice esempio è fornito dalle onde sonore, ovvero le oscillazioni sincronizzate delle molecole della materia. Utilizzando le regole della teoria quantistica, le stesse onde sonore possono essere descritte in termini di particelle. In questo caso si parla di fononi, pacchetti elementari, o quanti di suono, e si comportano come i fotoni, i quanti di luce. Possiamo asserire che la fisica è autosufficiente, nel senso che usa se stessa per produrre nuove intuizioni, che successivamente possono essere modellate con gli opportuni strumenti matematici.

Di fronte all’elevato numero di sistemi fisici che si potrebbero costruire a partire dai singoli pezzi dell’universo attualmente noti, si può immaginare una visione capovolta della fisica. Invece di studiare un fenomeno naturale, e successivamente scoprire una legge della natura, si potrebbe dapprima progettare una nuova legge e quindi decodificare il sistema che di fatto mostri i fenomeni descritti dalla legge. Per esempio, la fisica è andata ben oltre le semplici fasi della materia, che vengono insegnate nei corsi scolastici: solido, liquido e gassoso. Utilizzando le bizzarre conseguenze della meccanica quantistica, in molti esperimenti teorici sono state catalogate diverse potenziali fasi esotiche, che adesso potrebbero iniziare a realizzarsi praticamente, in laboratorio, grazie a specifici materiali.

Tutto questo fa parte di un cambiamento molto più ampio che riguarda tutta la scienza: dallo studio di ciò che è a ciò che potrebbe essere. Durante tutto il 20° secolo, gli scienziati sono andati alla continua ricerca dei mattoni fondanti della realtà: molecole, atomi e particelle elementari, di cui è composta la materia; cellule, proteine e geni, che rendono possibile la vita; bit, algoritmi e reti, che costituiscono le basi dell’informazione e dell’intelligenza, sia umana che artificiale. Quindi, in questo secolo, l’attività della fisica sarà quello di esplorare tutto ciò che si può attuare con questi mattoni.

Nei 14 miliardi di vita dell’universo in espansione e nei circa 4 miliardi di vita della Terra, la natura ha esplorato solo la più piccola frazione di tutti i progetti possibili. Come afferma il biologo Richard Dawkins, noi esseri umani, assieme a tutti gli altri organismi viventi, siamo i vincitori fortunati di una lotteria cosmica. Da un immenso numero di possibili schemi genetici, proprio i nostri codici sono stati scelti, a caso, per essere realizzati quali prototipi della vita. E lo stesso si è verificato con tutte le forme di materia che ci circonda. I processi naturali nella Terra e nell’universo hanno prodotto solo un piccolo campione dell’intera offerta di molecole e di forme per la materia, e, di conseguenza, delle corrispondenti leggi della fisica a cui dovranno obbedire.

Adesso però tutto sta cambiando. Il lento processo di scoperta della natura, guidato dall’evoluzione cosmologica e biologica su scale temporali di milioni e di miliardi di anni, subisce, oggi, una vertiginosa accelerazione grazie agli esperimenti condotti in laboratorio. Un lavoro del genere, a prima vista, potrebbe essere considerato come una scienza artificiale. Ma un batterio progettato geneticamente non è meno reale, nè tantomeno degno di studio, rispetto a un batterio trovato in natura. Lo stesso vale per i nuovi materiali a una, o due, dimensioni, che mettono in luce le curiose proprietà della teoria quantistica. Piuttosto, queste nuove tecnologie di fatto sganciano la meccanica quantistica dai confini degli atomi e delle molecole e la trasferiscono verso le scale dimensionali della vita quotidiana. Ci sarà un momento in cui saremo in grado di mettere un ordine definitivo su tutto quanto ci offre la realtà.

La scienza comprende tutti i fenomeni, compresi quelli creati in laboratorio e nell’immaginario degli scienziati. Una volta che si è consapevoli di questa portata più ampia della scienza, allora è possibile immaginare una differente prospettiva della ricerca. Ora, finalmente, la nave della scienza sta abbandonando i corsi d’acqua interni, e sicuri, scavati dalla natura, e si sta dirigendo verso l’oceano aperto, a esplorare un nuovo mondo con materiali, organismi, cervelli artificiali e forse anche una versione migliore di noi stessi.

Sia per la fisica, che per tutte le altre discipline scientifiche, si può affermare: l’avventura è appena iniziata.

Fonte: quantamagazine.org

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