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Gian Carlo Ghirardi

Un' occhiata alle carte di Dio

Gli interrogativi che la scienza moderna pone all'uomo
 

Casa Editrice: Il Saggiatore Tascabili

Descrizione

Quasi tutte le grandi costruzioni scientifiche, come la teoria della relatività o l'evoluzionismo darwiniano, sono entrate a far parte del patrimonio culturale comune. Nulla di tutto ciò è però accaduto per la teoria quantistica, forse per la diffusa convinzione che quest'ultima richieda conoscenze così avanzate da escludere a priori qualsiasi tentativo di divulgazione. Il testo di Ghirardi si fonda sulla convinzione opposta: gli elementi essenziali della teoria, quelli concettualmente più innovativi, possono diventare accessibili anche a un vasto pubblico. Utilizzando pochi strumenti formali e matematici, Ghirardi guida il lettore nell'emozionante avventura che ha portato all'elaborazione della meccanica quantistica, permettendo al lettore - per usare le parole di Einstein - di dare un'occhiata, seppure di sfuggita, alle carte di Dio.

 

Recensione di:
Emanuele Vinassa de Regny, in "L'Indice", n.10 1997

Dare "un'occhiata alle carte di Dio" credo piacerebbe a tutti, anche per scopi più prosaici di quelli che si proponeva Einstein (a cui si deve la citazione) e di quelli che si propone Gian Carlo Ghirardi, ordinario di fisica teorica all'Università di Trieste e una delle massime autorità in tema di fondamenti della meccanica quantistica, oltre che attivo ed efficace divulgatore.
Secondo Einstein, un'occhiata alle carte di Dio avrebbe potuto servire a chiarire perché la meccanica quantistica, che funziona così bene nello spiegare il funzionamento della natura a livello microscopico, nella sua forma per così dire "tradizionale" poggi su principi assai difficili da capire e da interpretare, per certi versi addirittura assurdi e in netto contrasto con il funzionamento della natura a livello macroscopico.
Einstein era convinto che nella formulazione tradizionale della meccanica quantistica - quella nota come "interpretazione di Copenaghen" e sviluppata soprattutto da Niels Bohr e Werner Heisenberg - ci doveva essere qualcosa di profondamente sbagliato. Come Einstein la pensavano parecchi fisici famosi, tra i quali perfino lo stesso co-fondatore della meccanica quantistica, Erwin Schrödinger, ma anche filosofi come Karl Popper: tutti assai critici, anche se i motivi di dissenso non erano sempre gli stessi.
Le due grandi teorie della fisica moderna - la relatività e la meccanica quantistica - sono piuttosto complesse e richiedono trattazioni matematiche molto difficili. Ma, mentre i principi della relatività sono in linea di massima comprensibili anche al profano e "divulgabili" con relativa facilità, i principi della meccanica quantistica appaiono incomprensibili, addirittura assurdi.
Difficile da capire è il cosiddetto "principio di sovrapposizione", ovvero il fatto che un oggetto quantistico, per esempio un atomo, si trovi sempre "in più di uno stato": solo quando si va a osservarlo (a misurarlo) l'oggetto si stabilizza in uno solo degli stati possibili. Riportato alla scala macroscopica, questo principio conduce direttamente al famoso paradosso del "gatto di Schrödinger", un gatto chiuso in una scatola che è contemporaneamente vivo e morto: si saprà se è vivo o morto solo aprendo la scatola (e tornerà vivo e morto quando la scatola viene richiusa). Dato che anche un gatto è costituito da innumerevoli oggetti quantistici, il paradosso sta in piedi perché non si riesce a sapere quando avviene il passaggio dal microscopico al macroscopico. Anzi, dato che la meccanica quantistica funziona così bene a livello microscopico - il livello fondamentale -, si potrebbe addirittura pensare che sia la meccanica classica a essere assurda.
Difficile da spiegare è anche il fatto - dimostrato sperimentalmente - che gli oggetti quantistici (fotoni e particelle elementari) comunichino tra loro istantaneamente, "sappiano" cioè in ogni istante l'uno quello che sta facendo l'altro (dov'è, in che stato si trova, ecc.).
Queste e altre caratteristiche della meccanica quantistica provocarono accese discussioni che, dagli anni venti, si trascinano ancor oggi.
L'interpretazione di Copenaghen, grosso modo basata sul principio di indeterminazione di Heisenberg (l'impossibilità di misurare contemporaneamente con precisione coppie di grandezze collegate tra loro, per esempio velocità e posizione) e sul principio di complementarità di Bohr (ogni oggetto quantistico è onda - non localizzata - e particella - localizzata), sembrava troppo dogmatica e insoddisfacente. A questa interpretazione furono proposte varie alternative (la più famosa è dovuta a David J. Bohm), ma la versione "ortodossa" continua a esercitare il suo predominio. Anzi, a partire dagli anni ottanta, quando si sono potuti eseguire molti degli esperimenti ideali che erano stati proposti per falsificarla, l'interpretazione di Copenaghen ha avuto soltanto conferme: perfino il gatto di Schrödinger è risultato (a scala microscopica, s'intende) davvero vivo e morto!
Questi risultati (ottenuti negli ultimi anni) non hanno però risolto il problema e le discussioni si sono spostate sul "quando" e sul "perché" avviene il passaggio tra microscopico e macroscopico. Alcuni ricercatori sono riusciti a osservare il passaggio progressivo dal comportamento quantistico al comportamento classico, ma la questione è tutt'altro che chiusa. Una possibile spiegazione è quella formulata già nel 1986 dallo stesso autore di questo libro, assieme ai colleghi Alberto Rimini e Tullio Weber: la teoria GRW. Secondo questa teoria, col passare del tempo, l'onda che accompagna ogni particella si espande e può urtare "qualcosa" che la fa localizzare; se per una particella singola questo evento è molto improbabile, per un gatto la sua probabilità è altissima. Un'altra tesi abbastanza affascinante è quella della cosiddetta "decoerenza" che si basa sull'ipotesi che l'ambiente distrugga la coerenza quantistica: il solito gatto, costituito da un enorme numero di particelle, non può "di per sé" essere coerente. Ma gli esperimenti e le discussioni continuano.
Ghirardi si è assunto l'ingrato compito di spiegare in maniera il più possibile semplice e piana la meccanica quantistica, i suoi principi e la loro evoluzione, ma anche tutte queste strane cose. Credo sia la prima volta che un autore italiano realizza un testo così ricco su questo argomento, non una semplice esposizione della teoria ma un'accurata analisi degli esperimenti e delle accese discussioni scientifiche e filosofiche che ne sono seguite. Il libro parte dalla nascita della teoria quantistica, di cui segue l'evolversi e di cui esamina i punti principali, in particolare l'indeterminismo e il principio di sovrapposizione. Segue un'indagine sull'interpretazione della teoria sia da parte delle varie correnti filosofiche (idealismo, realismo, ecc.), sia da parte dei protagonisti, a favore (Bohr, Heisenberg, Born, Jordan, Pauli) e contro (de Broglie, Schrödinger, Einstein). Dopo l'esposizione del dibattito tra Bohr e Einstein, Ghirardi passa a esaminare i pro e i contro delle varie proposte di modifica dell'interpretazione "ortodossa", nonché i nuovi dati sperimentali a cui si è accennato più sopra.
Ogni argomento è discusso attraverso la descrizione di vari esperimenti, descrizione arricchita da semplici schemi illustrativi e in cui le sempre terribili formule sono ridotte davvero al minimo; quando è proprio indispensabile, l'autore ricorre a qualche appendice più tecnica.
Un'esposizione chiara e abbastanza semplice (naturalmente nei limiti in cui può essere "semplice" parlare di meccanica quantistica), ricca di dati e citazioni, ma anche di notizie e storielle curiose. Insomma, non un libro di testo (anche se potrà essere utilissimo agli studenti, e non solo di fisica, ma anche ai docenti): un libro di alta divulgazione - inusuale nel panorama italiano - che costituisce un buon esempio di quello che dovrebbe essere la "vera" divulgazione e che è più che benvenuto in un periodo in cui la pseudodivulgazione a scopo di lucro ingolfa edicole, librerie e programmi televisivi, con l'unico risultato di far finalmente diventare tutti analfabeti scientifici, magari di ritorno.
Naturalmente non è un testo che si legge d'un fiato. E certo neppure elimina del tutto gli interrogativi che la meccanica quantistica porta con sé e che la scienza moderna pone all'uomo, interrogativi che, con molta probabilità, non sarà peraltro mai facile eliminare del tutto perché - come ricorda Lewis Wolpert nel suo La natura innaturale della scienza (Dedalo, 1996; cfr. "L'Indice", 1996, n.6) - il ruolo della scienza "non consiste semplicemente nello spiegare il 'non familiare' nei termini di ciò che è familiare. Al contrario: "la scienza spesso spiega il familiare nei termini del non familiare".