Libri di Franco Ligabue

«L’universo non cambia molto nell’arco di una vita umana, ciò che sappiamo dell’universo invece sì». Di questo adagio è un esempio eclatante la vicenda biografica di Pontzen, che, irresistibilmente attratto dall’astronomia sin dall’infanzia, è oggi uno degli specialisti più autorevoli nel campo delle «simulazioni» cosmologiche, elaborate con supercomputer sempre più sofisticati. Muovendo dalla inattesa e sorprendente continuità tra «proiezioni» meteorologiche e cosmologiche, Pontzen ci guida lungo le tappe cruciali della scienza previsionale: ci porta per esempio nell’«imponente edificio in arenaria rossa» dello Smithsonian Institution, «il Castello» neogotico di metà Ottocento dove il direttore, Joseph Henry, deliziava gli ospiti predicendo i temporali su Washington. E illumina, attraverso quelle stazioni di avvicinamento, ogni risvolto delle simulazioni cosmologiche in corso: l’avanguardia delle macchine (delle «scatole»), tra inedita potenza di calcolo, risoluzione sempre più alta e miglior conoscenza delle «condizioni iniziali»; la «ricetta eclettica» sottostante a ogni ricerca («parti uguali di fisica consolidata, trucchi computazionali e adattamento a ciò che è già noto»); e, soprattutto, il modo in cui vengono ridefinite «sostanze» elusive come la materia e l’energia «oscure», responsabili rispettivamente della rotazione delle galassie e dell’espansione dell’universo, al punto da risultare centrali nella «storia» qui delineata. Quella storia, cioè, «che unisce i puntini tra i primi istanti dell’universo, la ragnatela cosmica dalle dimensioni inimmaginabili, e le galassie, le stelle e i pianeti che la abitano».

Il suo acronimo (lqg) suona come uno dei tanti, criptici e intimidatori, che gremiscono la fisica contemporanea. In realtà, la «gravità quantistica a loop» – oggetto del nuovo libro di Jim Baggott – è una delle declinazioni più promettenti nell’ambito della «teoria quantistica della gravità». La quale, a sua volta, è uno dei tentativi più accreditati di rispondere a una sfida senza precedenti nella storia della fisica: l’armonizzazione di due teorie di grande successo ma tra loro inconciliabili. La prima è la relatività generale di Einstein, che descrive il comportamento della materia su larga scala in uno spazio-tempo curvo: base del modello standard cosmologico del big bang, ha avuto una delle conferme più spettacolari nella recente scoperta delle onde gravitazionali. La seconda è la meccanica quantistica, che descrive invece le proprietà e il comportamento della materia alle scale più piccole: sotto forma di teoria dei campi, è alla base del modello standard della fisica delle particelle, e in questo ambito l’ultima convalida sperimentale è stata la scoperta del bosone di Higgs. Il punto è che il «doppio trionfo» delle due teorie – costruite su interpretazioni incompatibili dello spazio e del tempo – è servito solo a far apparire l’universo ancora più elusivo e misterioso, se non più bizzarro. Compito della lqg è dunque inventare un nuovo, comune tessuto teorico. Ricostruendo i termini della sfida, Baggott si sofferma a lungo sugli scienziati che più si sono adoperati (e continuano ad adoperarsi) per vincerla, come Lee Smolin e Carlo Rovelli; e, pur senza nascondere fino a che punto sia ardua, ne sottolinea l’importanza fondamentale grazie a un pensiero di Laozi: «Anche un viaggio di mille miglia comincia con un primo passo».

Quando abbiamo in mano un oggetto, per esempio questo libro, ne sperimentiamo in primo luogo la consistenza materiale, ovvero il fatto che possegga una «massa». In apparenza, niente di più stabile e rassicurante. Eppure, se potessimo scendere via via nelle profondità della materia (le fibre di cellulosa che compongono la carta, le molecole della cellulosa, gli atomi di ogni molecola...), ci accorgeremmo di come quella stabilità sia ingannevole. Le «particelle elementari» che compongono ogni atomo, infatti, non solo fluttuano nello «spazio vuoto», ma appaiono come uno «zoo» in cui ogni specie manifesta proprietà – almeno a un primo sguardo – «del tutto assurde». Nello spiegare questa visione controintuitiva e paradossale, Jim Baggott da un lato risale alle varie concezioni della «massa» nella storia della ricerca filosofico-scientifica, dai pensatori greci alla meccanica newtoniana; dall'altro mette a fuoco le conseguenze profonde delle nuove conoscenze fisico-cosmologiche, dalla celebre scoperta di Einstein per cui «la massa di un corpo è la misura del suo contenuto di energia» alle implicazioni del Modello Standard della fisica delle particelle: disponendo queste ultime entro l'azione dei «campi quantistici», il Modello Standard assimila infatti la massa più a un «comportamento» che a una «proprietà», e la rende elusiva e inafferrabile. In questa prospettiva spiazzante – che Baggott trasmette con la consueta combinazione di chiarezza espositiva e verve stilistica – la posta in gioco è molto più del concetto di massa: è la natura stessa della materia, di un universo le cui fondamenta risultano molto meno «solide, certe e affidabili» di quello che abbiamo a lungo pensato.

Il senso comune ci dice che la materia non svanisce nel nulla, che una particella e un'onda sono entità molto diverse e che una conoscenza sufficientemente accurata conduce a buone predizioni. Eppure, quando usciamo dall'ambito dell'esperienza quotidiana, per addentrarci nel mondo della fisica quantistica, le cose mostrano di stare in tutt'altro modo: le particelle di materia si possono annichilare, onde e particelle sono due facce della stessa medaglia e i risultati di certi esperimenti sono totalmente imprevedibili. Kenneth Ford ci spiega come le leggi che governano l'enormemente piccolo e l'enormemente rapido sfidino il senso comune e mettano alla prova il nostro intelletto al limite delle sue possibilità. Ford ci introduce alle grandi idee della fisica quantistica, che, nonostante i numerosi successi, continua a rimanere piena di concetti misteriosi: la granularità, il dualismo onda-particella, il principio di indeterminazione, la natura dei bosoni e dei fermioni, il principio di sovrapposizione e la non separabilità.