venerdì, agosto 28, 2015

Coscienza e Materia 2

La filosofia nei secoli ha già affrontato il problema di cosa siano la materia, il pensiero e la coscienza e che cosa li divida; oggi si potrebbe concepire una risposta che prenda in esame le scoperte in ambito scientifico dell'ultimo secolo, tralasciando gli aspetti più spirituali e cercando un approccio molto razionale.

La materia è quello che in realtà sappiamo essere equivalente ad energia condensata, e comunque sappiamo che energia e materia sono due facce della stessa medaglia; tutto ciò che possiede massa è sicuramente materia, ma se possiede massa possiede anche l'equivalente di energia e quindi la materia è sia massa che energia. Poi esistono "oggetti" che non hanno massa come i fotoni e che sono mediatori di una forza (per i fotoni quella elettromagnetica) ma che comunque possiedono energia: di conseguenza anche questi oggetti possono essere considerati materia.

La coscienza invece è associabile ad un qualche tipo di informazione: non è a prima vista tangibile perché rappresenta uno stato della materia nello spazio, una posizione, un livello energetico  (pattern). I neuroscienziati sono però riusciti con apposite strumentazioni a misurare queste configurazioni nel cervello umano ed hanno individuato ciò che sembra essere cosciente. Non è la massa di atomi a far emergere il pensiero bensì la loro posizione e stato nello spazio. Così come la caratteristica di "umidità" emerge dall'acqua, allo stesso modo può scomparire se invece abbiamo del ghiaccio, nonostante siano sempre gli stessi atomi: è la posizione nello spazio degli atomi che fa emergere la qualità "umidità". Allo stesso modo la coscienza può emergere a causa di un particolare pattern che si crea e molti studiosi credono che tale configurazione sia indipendente dal sottostrato di materia, proprio come un software può essere eseguito su un sistema operativo differente.

Le informazioni degli schemi di pensiero possono essere codificati (rappresentati) ed il bit è la base dell'informazione binaria, quella più semplice, e per questo utilizzata dai computer; con una sequenza di bit possiamo descrivere qualsiasi pattern (quantità di massa, di energia, posizione nello spazio, proprietà quantistiche, etc...). Il bit può quindi descrivere lo stato (acceso/spento, zero/uno, +/-) di un pezzetto di materia arbitrariamente piccolo, partendo da un interruttore della luce, passando ad un relè od un transistor fino ad arrivare allo spin di un elettrone; gli stati di tutte queste forme di materia sono descritte da una serie di parametri sempre descrivibili in una sequenza di bit (0,1).

Alla materia quindi è associabile un'informazione che possiamo pensare come la rappresentazione dello stato di quel pezzo di materia nello spazio: questa informazione che descrive la materia è, in assenza di interazione, statica e cioè non vi è variazione dello stato anche per un tempo lunghissimo; un esempio di materia statica è una memoria di un computer ma anche un immagine, un atomo, etc... Se permettiamo alla materia di interagire con altra materia (massa od energia che sia) lo stato dei bit cambia dando luogo ad una sequenza di informazioni dinamiche che varia durante tutta l'interazione. 

La coscienza quindi è qualcosa di dinamico e di unico, uno schema di informazioni distribuite in un spazio in continua evoluzione e chissà se un giorno saremo in grado di farla emergere da qualcosa che non sia un essere umano.


domenica, agosto 16, 2015

Cubettolandia

Supponiamo esista un universo simile al gioco dei Lego, in cui il mattoncino più piccolo sia un cubetto trasparente di un millimetro per lato; mettendo assieme i cubetti si possono formare strutture complesse a piacimento perché abbiamo a disposizione un numero enorme di cubetti, quasi infinito.
A questo universo aggiungiamo anche dei cubetti luminosi (al buio è un problema giocare coi mattoncini), anch'essi in numero illimitato. 


Ci vorrebbe molto tempo ma immaginiamo di costruire un intero universo fatto di cubetti, un po' trasparenti ed un po' luminosi, dando forma a piccoli atomi, molecole, e strutture sempre più complesse, fino ad assemblare interi cubettopianeti. Quale sarebbe la caratteristica peculiare di questo universo? La prima cosa che viene in mente a noi che lo abbiamo costruito sono i cubetti, tutti identici, ma a qualcuno che lo vedesse dall'interno certo non sarebbe subito comprensibile di che cosa sia fatto. 



Per capire meglio caliamoci nella parte di una abitante di cubettolandia; siamo anche noi composti di minuscoli cubetti e tutto ciò che ci circonda e di cui disponiamo è composta da cubetti: come fare a capire di cosa siamo fatti? Bisognerebbe prima prendere un pezzetto di "materia" e poi provare a farne brandelli sempre più piccoli fino ad arrivare ai cubetti primordiali; non sarebbe un impresa facile visto che siamo composti da miliardi di miliardi di miliardi di cubetti. Con qualche strategia ed ingegno riusciamo a fare pezzi sempre più piccoli fino ad arrivare ad isolare i due cubetti, uno trasparente ed uno luminoso: avendo però sviluppato come unità di misura più piccola il cubetto (la più piccola a nostra disposizione) è impossibile capirne la vera forma cubica. Anche sparando un cubetto contro l'altro e misurando i rimbalzi (sempre con la nostra unità di misura più piccola, il cubettometro) sarebbe impossibile ricostruire la forma cubica esatta.  Mettendo vicini un cubetto trasparente ed uno luminoso capiamo almeno che uno dei due è cristallino perché si illumina anch'esso e potremmo fare delle supposizioni sul suo contenuto: il problema rimane sempre il cubettometro che non ci permetterà mai di avere misure con approssimazioni migliori e di capire fino in fondo l'essenza dei cubetti.

Questa incertezza regna in ogni universo quantizzato, cioè fatto di quanti (i cubetti), e seppure il nostro Universo lo sia ed anche in maniera molto più complessa di cubettolandia, siamo riusciti ad arrivare a conoscere così bene i cubetti che ci compongono, che (seppure con la indeterminazione intrinseca) sappiamo governare la materia a tal punto da prevederne quasi ogni suo comportamento e sfruttarlo a nostro piacimento. Chissà se un giorno sarà possibile superare con qualche colpo di genio lo scoglio del cubettometro e dell'incertezza che per ora i fisici hanno dovuto assumere come postulato e fondamenta della teoria quantistica; la realtà è che il nostro universo non è solo composto da cubetti ma che tali mattoncini sono in realtà pacchetti di energia in continua interazione gli uni con gli altri, a volte simili ad onde ed altre a palline, e che tali onde possono emergere dal vuoto senza infrangere alcuna legge fisica di conservazione.

Immaginatevi se da bambini avessimo visto crearsi dal nulla nuovi mattoncini ad ogni nostra nuova costruzione!! Sarebbe stato veramente divertente.

mercoledì, agosto 05, 2015

Storia di una goccia e del suo mare

Clop..... clop..... clop..... nel silenzio della notte riecheggia un suono regolare: clop... clop... clop... Minuscole lacrime in fuga gridano la loro libertà tuffandosi nel vuoto, clop.... clop.... clop....
Confondersi nella pozza d'acqua che vibra accogliente sotto i battiti ritmati, questa è la ricompensa per il coraggioso salto. Ogni goccia vorrebbe tornare nel suo mare.

Sempre di acqua si parla ma è utile pensare a quanto possano essere diversi una goccia ed una distesa d'acqua, e non sempre la goccia torna da dove è venuta...  Tutto ciò per illustrarvi un fenomeno che io trovo incredibile ed affascinante:

Godetevi Morgan Freeman che ve lo spiega in pochi minuti

Oppure

sabato, luglio 18, 2015

borse da signora e gravità

La borsa di una donna solitamente è piena di ogni sorta di oggetto, ma nonostante il suo peso viene portata a spasso elegantemente come se nulla fosse.
Quindi leggiadria femminile batte forza di gravità!!
Normalmente non ci rendiamo conto che la gravità è, tra tutte le forze presenti in natura, la più debole ed anzi ogni qualvolta ci tocchi sollevare un peso o praticare qualche attività fisica in salita si percepisce come una forza preponderante, quella più presente nelle nostre vite quotidiane.

Si tratta però solo di una percezione perché la forza elettromagnetica è immensamente maggiore della gravità, nella misura di 1 a 1000000000000000000000000000000000000; non mi è rimasto il tasto dello zero incantato, è proprio un rapporto spropositato!!

Tra l'altro siamo fortunati che le cose stiano così perché se la forza elettromagnetica fosse più debole la gravità potrebbe spiaccicarci a terra, facendoci fondere con le molecole del nostro pianeta come se fossimo brodaglia; infatti ciò che ci mantiene nella forma in cui siamo, la forza che ci tiene insieme atomo per atomo è proprio quella elettromagnetica: fortuna quindi che sia così potente.

Ma torniamo alle borse. Non significa che essendo una forza debole, la gravità non abbia degli effetti visibili (oltre naturalmente quello che ha l'enorme pianeta su di noi minuscoli esserini):
più riempiamo la borsa di oggetti pesanti e maggiore sarà il potere di attrazione che questa esercita sugli oggetti circostanti (vedi filmato). Quindi attenzione signore con i borsoni, se esagerate nel riempire, potreste creare qualche scompenso gravitazionale e chissà, attirare qualche oggetto che a sua volta cadendo nella borsa ne aumenti il peso e così via....

Esperimento di Cavendish
https://www.youtube.com/watch?v=UgWaYng2eRg

Filmato Retrò sulla gravità
https://www.youtube.com/watch?v=81BPiSKRH6o

sabato, giugno 20, 2015

Siamo in tempo?

Il ticchettio di un orologio che scandisce il silenzio, la lancetta dei secondi che ipnoticamente compie la sua rivoluzione: un immagine rara nell'era del digitale, eppure quelle macchine del tempo che ora sembrano antiche, creano col loro modus operandi una visione forse più esplicita di che cosa possa significare lo scorrere del tempo.
L'abbiamo ormai ripetuto tante volte: il tempo è relativo cioè non è universale. Non esiste un orologio super partes che scandisce il tempo con la stessa frequenza per me e per il pilota di un aereo o tra un villeggiante al mare ed uno in montagna; ognuno ha un proprio tempo relativo a quello degli altri, più lento o più veloce, con differenze infinitesimali per noi che abitiamo questo pianeta. 


Così quella lancetta si muoverebbe più lenta se portassimo quel vecchio orologio in un viaggio ai limiti della velocità della luce, ed è così che la lancetta va più veloce se ci troviamo in orbita, lontano dal centro gravitazionale della Terra; ma lenta o veloce rispetto a cosa se non esiste un orologio universale di riferimento? Ed ecco che assume un senso il termine "relatività"!
Quando misuriamo una velocità od un tempo è sempre rispetto a qualcuno o qualcosa, perché non esiste uno spazio od un tempo assoluto. Il fatto che viviamo confinati su di un pianeta ha reso naturale utilizzare i punti di riferimento che l'uomo aveva comodamente a disposizione: abbiamo deciso cos'è il nord ed il sud, abbiamo misurato il tempo tra un tramonto e l'altro, abbiamo stabilito che andare ai 20 km/h significa muoversi rispetto al suolo a quella velocità.

L'universo però non funziona esattamente così: se fossimo nello spazio profondo non avremmo più alto e basso, nord e sud, e se vedessimo passarci accanto un satellite non potremmo dire se siamo noi che ci stiamo muovendo verso di esso od il contrario! La mancanza di punti di riferimento ci fa capire meglio il significato di "relatività".

Per il tempo la questione è esattamente la stessa: il mio tempo sta rallentando ma rispetto al tempo di chi? La lancetta si muove più veloce ma paragonata a quale altra lancetta?
La nostra percezione di esseri coscienti non ci permette di assorbire completamente il concetto di relatività temporale perché ci siamo evoluti in un piccolo angolo di universo in cui le cose funzionano in modo assolutistico rispetto ad esso: ma c'è qualcosa di più profondo che ci è difficile esplorare.
La relatività spaziale pur non appartenendoci appieno è in qualche modo assimilabile, (almeno fino a quando non discutiamo dell'espansione dello spazio ma qui aprirei un altro capitolo), perché nello spazio ci si muove liberamente: possiamo andare e tornare da un punto all'altro, indipendentemente da ciò che può fare qualcuno che ci osservi; il tempo invece ci permette una sola direzione, dal passato al futuro. Ecco perché è difficile immaginare tutti gli orologi paralleli che viaggiano ognuno a velocità diversa verso il futuro: qualcuno arriverà prima? Il futuro di qualcuno rappresenterà il passato di qualcun'altro? C'è un orologio che va più veloce di tutti? Esiste un orologio fermo nel tempo? Insomma sembrano scaturire infiniti paradossi ai quali non sembra possibile dare risposta.

Ma ci sono domande che possono aprire uno spiraglio alla nostra comprensione: esiste il tempo senza lo spazio? E lo spazio avrebbe significato se non contenesse energia o materia?
Il tempo è un illusione, rappresenta la conseguenza dell'evoluzione dell'energia nello spazio: non esisterebbe un tempo se non esistesse una materia che è in continua interazione con se stessa e lo spazio che la circonda. Difficile immaginare il contrario ma se pensiamo al nostro orologio, alla sua lancetta immobile, alla molla scarica ed ai meccanismi fermi, forse per un attimo possiamo percepire l'assenza del tempo e se riusciamo a farlo possiamo provare anche a cogliere la relatività di quel silenzio rispetto al caos dell'universo.



domenica, giugno 14, 2015

L'Universo allo specchio

Una palla che girando su se stessa cade dall'alto, il rimbalzo sul pavimento con la sfera che va in direzione sinistra, un altro rimbalzo nella stessa direzione e cosi via fino all'arresto completo; un breve filmato che potremmo utilizzare per spiegare come il disordine fisico, od entropia, aumenta in modo continuo in questo universo, ed anche con un pavimento elastico ed una palla leggera, l'energia dispersa da ogni rimbalzo avrà in qualche modo aumentato il disordine di questa realtà, tanto è che la palla e destinata a fermarsi.


Ci sono pero' altri fenomeni che potremmo osservare prendendo il filmato della palla come esempio ed uno di questi riguarda la simmetria;  se ribaltiamo la pellicola possiamo riprodurla come se fosse ripresa ad uno specchio, la sinistra prende il posto della destra ma tutto procede come prima: la stessa caduta con la palla che ruota in senso opposto, lo stesso rimbalzo ma questa volta in direzione destra, l'arresto nello stesso preciso istante. Non è solo un trucco da registi perché se vogliamo possiamo riprodurre realmente lo stesso fenomeno scambiando la destra con la sinistra ottenendo lo stesso risultato del filmato, due realtà identiche ma simmetricamente opposte; in fisica si dice che la parità è rispettata e quindi che le leggi fisiche sono invarianti rispetto a traslazioni nello spazio. Per esempio eseguire un esperimento in laboratorio con un laser rivolto verso est, verso ovest, ma anche verso nord o sud deve dare sempre lo stesso risultato, e fino al 1954 praticamente tutti gli scienziati erano convinti che questa regola di invarianza valesse per qualsiasi fenomeno.


Ma continuiamo a giocare con la palla: dovremmo ormai sapere, per lo meno avendo visto o letto "Angeli e Demoni" di Dan Brown, che esiste una forma speculare di materia che è identica a quella che ci compone ma che ha cariche elettriche opposte, l'antimateria appunto, e se potessimo girare un filmato con una palla uguale alla precedente ma composta di antiparticelle, guardando il video non potremmo distinguerlo da quello originale. I fisici in questo caso dicono che le leggi fisiche sono invarianti rispetto alla carica (intendendo quella elettrica), o almeno lo potevano dire fino al 1967.

Un ultimo giochino col filmato originale: proiettiamo il video dalla fine invertendo la sequenza degli avvenimenti; osserviamo la palla che da ferma inizia a compiere rimbalzi sempre più alti fino a schizzare verso l'alto negli istanti esatti in cui cio' accadeva nella direzione corretta. Niente di strano infatti, perché di moviole al contrario ne abbiamo viste molte, anche se nella realtà riprodurre un esperimento col tempo che scorre dal futuro al passato non è possibile: si possono pero' indirettamente misurare i tempi in cui fenomeni fisici invertibili rispetto al tempo avvengono e gli studiosi dicono che le leggi della fisica sono invarianti rispetto alla direzione del tempo. Od almeno lo dicevano fino agli anni 70 ed hanno osservato il contrario nel 1998.

Ma c'è qualcosa di cui ancora oggi i fisici sono convinti? Esiste un pilastro, un fulcro rispetto il quale la simmetria ci puo' dare informazioni credibili su di un universo che predilige la sinistra o la materia rispetto alla dritta ed alla antimateria, ed in cui i fenomeni cambiano rispetto alla direzione del tempo?
Precisiamo che queste asimmetrie sono minuscole e per quanto ne sappiamo coinvolgono solo alcuni fenomeni legati alle interazioni deboli (le radiazioni) e che quindi ai nostri occhi il mondo con le sue leggi risulta molto simmetrico; sono invece proprio le asimmetrie che potrebbero spiegare il perché l'universo esista in questa forma e come mai il tempo scorra nella direzione che osserviamo.
Se in un primo tempo gli studiosi avevano creduto che almeno la simmetria composta da CP (carica+parità) potesse essere conservata hanno dovuto poi ricredersi per prendere a baluardo la simmetria CPT (carica, parità, tempo).
Tornando alla palla, rispetto alla simmetria possiamo dire ad oggi che le leggi della fisica si conservano (rispetto al nostro filmato iniziale della palla che cade) in una situazione in cui una palla di antimateria che ruota in direzione opposta viene fatta rotolare all'indietro nel tempo: semplice no!!!



domenica, giugno 07, 2015

Le sfere del tempo

Fin dall'antichità filosofi e studiosi hanno rappresentato il cielo come una sfera; oggi i planetari sono delle cupole sulle quali viene proiettata la volta celeste in modo che gli spettatori possano contemplare il cielo notturno anche di giorno; i corpi celesti sono per lo più sferici ed anche uno stolto, osservando l'avvento di un plenilunio, si rende conto di osservare un oggetto sferico. La sfera è una "forma" speciale nel nostro mondo tridimensionale perché la superficie rappresenta il luogo delle equidistanze: ciò che osserviamo intorno a noi può essere sempre incluso in una sfera più o meno grande, e più spingiamo lo sguardo lontano e più è naturale pensare di essere al centro di una enorme palla: forse questo è stato anche l'equivoco che ha montato la testa ai primi uomini pensanti che hanno creduto per secoli di stare al centro dell'universo.

Le sfere intorno a noi rappresentano inaspettatamente non solo la distanza a cui può spingersi il nostro sguardo ma anche lo scorrere del tempo; essendo la velocità della luce finita, tutto ciò che osserviamo (proprio attraverso alla radiazione luminosa che ci raggiunge) rappresenta un tempo trascorso. Se osserviamo oggetti a 100 metri di distanza li stiamo osservando come erano 0,000000033 secondi prima, mentre se osserviamo il sole (non fatelo mai senza un filtro apposito perché reca danni permanenti alla vista!!) lo stiamo ammirando come era 500 secondi fa.

Ci si può spingere fino a quando la vista o gli strumenti ci supportano ed arrivare a misurare una radiazione che giunge a noi da una sfera di circa 13,7 miliardi di anni fa; il problema è che quando scrutiamo il cielo è molto difficile capire a quale sfera del tempo gli oggetti appartengano. Ad esempio se osserviamo una torre in lontananza sarà difficile valutarne l'esatta distanza, ma se tra la costruzione e noi si frappone una collina più vicina, e poi un altra ed infine una casa, conoscendo le distanze di questi oggetti intermedi, potrò cercare di stimare a quale sfera del tempo appartenga la torre. Nello spazio più si guarda lontano e più è difficile avere punti di riferimento ma nonostante la ardua sfida gli astronomi negli anni hanno misurato dei particolari fenomeni (supernova tipo Ia) per poter avere delle "candele" di riferimento che si potessero usare per calcolare a quale sfera del tempo appartengano gli oggetti e le radiazioni che ci giungono dalla profondità dello spazio.

Poi c'è la radiazione di fondo, il red shift, la materia oscura, ed altri stupefacenti fenomeni che hanno aiutato gli scienziati a ricostruire non solo la mappa dell'universo ma anche la sua storia, e chi lo sa, forse anche il suo futuro (anche se non mi fiderei troppo visto gli errori che fanno nelle previsioni meteo).

Una mappa 3d di un aporzione di universo



lunedì, aprile 06, 2015

La gravità come nessuno ve l'ha mai spiegata

Anche chi non ha mai studiato fisica ha impressa nei ricordi di scuola, l'immagine di Newton sotto l'albero, colpito sulla testa dalla mela caduta da un ramo. L'evento che storicamente non è mai accaduto, è però sintetizzante: un colpo sul cranio e quello che tutti avevano sempre avuto sotto gli occhi si tramuta in una intuizione, subito tradotta in una mirabile formula. Nella realtà, come quasi sempre capita, la scoperta era si frutto, non d'albero ma dei suoi tempi, e parallelamente altri studiosi come Robert Hooke furono sul punto di arrivare alle stesse conclusioni di Newton. La gravità universale capace di spiegare e prevedere tutto, dal movimento dei pianeti alle traiettorie dei corpi scagliati in aria, fu il primo grande successo della fisica moderna, ed è rimasta insuperata dal 1686 fino ai primi del 1900, ed in ogni caso è valida tutt'oggi se si effettuano calcoli lontano da corpi giganteschi (nei pressi del Sole la legge di Newton inizia a scricchiolare).


Nella gravità universale la accuratezza predittiva era accompagnata dalla semplicità ed eleganza della formula: nonostante ciò, qualcosa teneva sveglio Newton la notte. Il suo capolavoro matematico non descriveva la causa ed il modo in cui i corpi potevano sapere l'uno dell'esistenza dell'altro ed attrarsi con effetto istantaneo, anche se li divideva lo spazio vuoto. La forza gravitazionale mette in relazione le masse dei pianeti e degli oggetti attraverso un legame invisibile che attira i corpi più vicini e pesanti, gli uni contro gli altri: se lanciamo una palla in aria prima o poi tornerà verso la Terra ma anche la Terra torna, anche se in modo impercettibile, verso la palla; diventa invece misurabile l'attrazione che la Luna, leggermente più pesante della palla, esercita sul nostro pianeta (le maree ne sono una prova). Il mistero della comunicazione invisibile ed immediata tra i corpi rimaneva. 


Un successo forzato invece quello di Einstein, che dopo aver introdotto nel 1905 la relatività ristretta, ha dovuto rimettere mano anche alla gravitazione universale, a causa dell'incompatibilità delle due teorie, e non è stato semplice far combaciare i calcoli visto che ci sono voluti più di 10 anni. La soluzione Einstein l'ha trovata ma non solo: ha reso i risultati più precisi e soprattutto ha spiegato come le masse dei corpi contribuiscono all'attrazione nello spazio vuoto. Sono i corpi stessi che piegano lo spazio intorno ad essi, tramutando le traiettorie rettilinee in percorsi curvi e costringendo le masse piccole a cadere su quelle più grandi od in alcuni casi, se le distanze e le velocità lo permettono, ad orbitarci intorno. Gli esperimenti hanno dimostrato che il tessuto dello spazio-tempo si piega intorno agli oggetti, e più sono pesanti e più il tessuto quadridimensionale si piega fino a creare condizioni limite come i buchi neri. 
Vige quindi un principio di minima azione per cui muoversi nello spazio significa assecondare le trattorie che i corpi imprimono allo spazio stesso, simile al modo in cui se vogliamo andare per la strada più breve da Torino a New York dobbiamo percorrere una traiettoria curva sulla sfera terrestre.

Quindi, ora che l'apparente forza è stata trasformata in una caratteristica geometrica dello spazio  e del tempo, sappiamo tutto sulla gravità? Potrebbe essere, se non fosse che rimangono oscure le cause dell'interazione tra massa e spazio e soprattutto rimane impossibile unificare la relatività generale e le sue caratteristiche con la meccanica quantistica, rendendo improbabile la formulazione della Teoria del Tutto (la cosiddetta TOE, un'unica formula che racchiuda tutte le leggi dell'universo).
Forse se potessimo comprendere meglio cos'è effettivamente lo spazio vuoto potremmo anche capire come può la massa di un oggetto piegarne il tessuto e quali forze entrano in gioco visto che più la massa è grande e più lo spazio (ed il tempo) viene spostato e quindi si tratti di forze repulsive e non attrattive.


Quello che sappiamo è che lo spazio-tempo in cui siamo immersi  non è affatto vuoto ma è simile ad un fluido, anzi un superfluido, in cui si sovrappongono i vari campi corrispondenti alle forze fondamentali e che soprattutto contiene in tutta la sua estensione il campo di Higgs, il quale è l'origine della massa delle particelle. Poi partiamo con le supposizioni: quando una particella, all'origine priva di peso, ottiene la propria massa interagendo con lo spazio (e quindi con il campo di Higgs), dovrebbe continuare ad interagire con esso visto che continua ad esservi immersa: una volta acquisita la massa corretta, la particella non può continuare ad assumere peso e ciò crea una reazione intorno all'oggetto massivo che costringe lo spazio-tempo a piegarsi come se il corpo diventasse repulsivo. A sua volta anche la massa acquisita risente dell'interazione e viene mano a mano rilasciata nuovamente al campo, in un ciclo continuo ed infinito. In questo modo si potrebbe pensare all'inerzia, la caratteristica dei corpi che li trattiene dal cambiare il proprio stato di moto, come al meccanismo di continua acquisizione e perdita di massa nella direzione del tempo. Ma forse mi sto spingendo troppo avanti con la fantasia.

venerdì, gennaio 23, 2015

Il gatto di Schrödinger (per newbie)

Alcune espressioni vengono citate per atteggiarsi a conoscitori di qualche argomento scientifico o letterario e diventano virali con l'aiuto dei media che utilizzano spesso riferimenti di tipo culturale per dare maggior credito ai contenuti che propongono: ho sentito negli ultimi anni utilizzare "il gatto di Schrödinger" per titoli di serie TV, in dibattiti, sui giornali e sulla rete, ma quanti hanno veramente inteso il senso del paradosso che lo scienziato aveva pensato ispirandosi forse al suo animale da compagnia?

La meccanica quantistica si basa su alcune ipotesi che ne determinano i meccanismi di calcolo ma che vanno accettate come fondamenta solide se si crede che la teoria sia completa e cioè che descriva tutti i parametri che la natura mette in gioco per far funzionare l'universo così come lo osserviamo; tra questi parametri però non ci sono le caratteristiche che normalmente utilizziamo per descrivere un oggetto macroscopico, come posizione e velocità. La conseguenza è che gli oggetti quantistici, per la teoria, non posseggono tali caratteristiche, almeno fino a quando non andiamo ad osservarli.

Provo a fare un parallelismo utilizzando come partenza una delle teorie più conosciute ed utilizzate ancora oggi: la gravitazione universale di Newton. La famosa formula, che ha funzionato alla perfezione fino al 1916 (anno della pubblicazione della relatività generale), dice che due corpi si attraggono proporzionalmente alla loro massa (più sono pesanti e più si attraggono) ed inversamente alla loro distanza (più sono lontani e meno si attraggono) ma non descrive in alcun modo i meccanismi che stanno dietro a tale attrazione; leggendo la formula si può soltanto immaginare una forza invisibile, la gravità, che agisce su tutti i corpi dotati di massa, ma non sapendo come tale forza si propaghi nello spazio ed a che velocità lo faccia. Ebbene, pur non conoscendo questi particolari, con quella formula l'uomo ha messo in orbita satelliti, sparato missili, calcolato e previsto i movimenti dei corpi celesti, etc...
Solo con Einstein e la sua relatività abbiamo compreso alcuni meccanismi di distorsione dello spazio-tempo e reso la teoria, oltre che infallibile nei calcoli, anche comprensibile nel funzionamento.

Tornando alla meccanica quantistica proprio la sua infallibilità predittiva ha fatto pensare che le ipotesi su cui fonda fossero una perfetta descrizione del funzionamento dell'universo e che i parametri in gioco fossero esaustivi, che non mancasse nulla, insomma che fosse una teoria completa, un po' come poteva sembrare a suoi tempi la teoria di Newton (sebbene molti fisici per anni non esitarono a criticare la gravità generale per la sua "superficialità").

Vorrei ribadire quali sono queste basi fondamentali così scandalose da aver innescato uno dei dibatti scientifici più aspri e profondi nella storia della fisica. Molto semplicemente una delle ipotesi di partenza della meccanica quantistica è che non ci possano essere informazioni inerenti ad un oggetto quantistico (es. un elettrone) fino a quando non si effettui una misura su di esso: detta così potrebbe sembrare una banalità perché anche nel mondo macroscopico per conoscere alcune informazioni dobbiamo eseguire delle misure. La differenza è che, se giochiamo con una palla, possiamo chiudere gli occhi (smettere di osservare equivale a smettere di misurare) ed essere certi che la palla, se tirata nella giusta direzione, ci colpirà in faccia, mentre  nel infinitesimamente piccolo le traiettorie delle particelle proprio non esistono e quindi la particella non avrà alcuna posizione (o velocità) fino a quando non andremo ad osservarla (e solo allora potrebbe colpirci in pieno)!! O almeno così la teoria quantistica ci racconta per poter funzionare bene.

Ed il paradosso? Il povero gatto viene chiuso in una scatola insieme ad un meccanismo che innesca la fuoriuscita di veleno nel momento in cui un atomo particolare decade (emette radiazione); siccome il decadimento è un meccanismo quantistico, nessuno potrà dire (seguendo i diktat della teoria) se l'atomo è decaduto o meno fino a quando qualcuno non aprirà la scatola. Fino ad allora l'atomo sarà in una sovrapposizione di stati (sia decaduto che non decaduto) e di conseguenza anche il malcapitato felino si troverebbe in uno stato latente di "morto" e "non morto" fino all'intervento del crudele scienziato che, aprendo la scatola ed osservando (cioè misurando), potrebbe dare notizie sulla salute del gatto e sul decadimento dell'atomo. Tutto ciò risulta incomprensibile per noi che viviamo in un mondo in cui, pur non osservando continuamente la luna, conosciamo bene la sua posizione ed anche possiamo prevederne l'influenza sulle maree (anche se è nuvoloso e non possiamo goderne la visione); nel mondo quantistico le cose sembrerebbero diverse ma è pur vero che queste sovrapposizioni di stati spariscono mano a mano che gli oggetti diventato più grandi e mi sento di rassicurare tutti i possessori di gatti: il vostro gatto probabilmente è vivo a casa che vi aspetta facendo le fusa!

domenica, gennaio 11, 2015

Coscienza e materia

Gli ominidi esistono da due milioni di anni, la vita sulla terra forse da cinque milioni. Al di là della possibilità che esistano altre civiltà aliene nell'universo, sicuramente la vita è stata la conseguenza di un evoluzione lenta e faticosa che è sfociata nel culmine attuale, apparentemente in modo casuale, apice in cui esseri senzienti scrutano il mondo e se stessi, alimentando la propria curiosità con domande sempre più profonde sulla natura che li ha partoriti e li circonda.
Questa premessa che sembrerebbe scontata, è invece indispensabile per cercare di percepire quanto ininfluenti siano stati, fino ad oggi, l'uomo e la sua coscienza nei confronti dell'evoluzione del universo, in divenire da circa 14 miliardi di anni; quello che la storia cosmologica ci insegna (rinnegato soltanto da uno sparuto gruppo di incalliti creazionisti), viene messo in discussione da alcune dottrine, incrociando temi di fisica quantistica e di metafisica, sostenendo che al centro dei fenomeni della natura c'è la coscienza umana, che con il suo sguardo implacabile cambia il corso degli eventi od addirittura in grado di creare gli eventi stessi.

Al di là del fatto che ognuno è libero di credere nella parapsicologia o all'esistenza di eventi come la psicocinesi, ciò che bisogna puntualizzare è che questi "fenomeni" non hanno giustificazioni per ora in ambito scientifico e che appoggiare una discussione su temi legati al potere della mente umana, semplicemente facendo riferimento alla meccanica quantistica, è una falsificazione di ciò che in realtà sappiamo.

Eppure gli scienziati hanno discusso per quasi un secolo dei paradossi della fisica quantistica molte volte sconfinando nelle speculazioni più incredibili, partendo dai gatti zombi (sia vivi che morti allo stesso tempo), passando appunto per il collasso della funzione d'onda ed arrivando alle teorie più articolate come quella degli infiniti universi paralleli che si creerebbero ad ogni scelta dell'osservatore. I fisici però hanno il diritto di scomodare la fantascienza, perché è il loro ambito quello di lanciare lo sguardo oltre il conosciuto, discutendo delle teorie più bizzarre, ma sempre sapendo in quanto studiosi competenti, che queste possono essere verificate o meno, ed in ultima analisi sparire senza nemmeno arrivare alla pubblicazione; meno diritti dovrebbero arrogarsi quelli che di scienza capiscono poco e saccheggiano le teorie per trovare appoggio ai loro quesiti mistici, cercando di far confluire il linguaggio scientifico in una discussione metafisica che non ha nulla a che vedere con i metodi empirici di cui la realtà fisica esige.

Una giustificazione alla confusione che la teoria quantistica ha portato in ambito interpretativo è proprio la sua perfezione predittiva: i calcoli che ne scaturiscono descrivono così bene il mondo che ci circonda che sembrerebbero il frutto di un modello teorico molto vicino ai meccanismi reali dell'universo. Quindi anche le ipotesi su cui poggia la teoria acquistarono credibilità ed il gatto contemporaneamente vivo e morto, rinchiuso nella sua scatola, aspettò incredulo pure lui, di essere "osservato" per mettere fine a quello stato imbarazzante di sovrapposizione. Mentre Einstein passava gli ultimi anni della sua vita a cercare di confutare questa reputazione di teoria completa, i risultati che di esperimento in esperimento giungevano dai laboratori di tutto il mondo sembravano smentire il genio tedesco e supportare la solidità dei principi e delle ipotesi su cui poggia la meccanica quantistica. Non dobbiamo dimenticare però che il primo sguardo, quello più ingenuo, verso una nuova scoperta lascia un imprinting notevole nella conoscenza di chi verrà dopo e sebbene negli anni siano stati fatti molti passi in direzioni diverse, rimane ancora la pietra miliare di quella che fu battezzata "interpretazione di Copenaghen" risalente al 1930 circa.

E' celebre tra i fisici il titolo ironico di una pubblicazione scientifica che intitolava all'incirca così:
Would Bohr be born if Bohm were born before Born?

Tralasciando il gioco di parole, sono stati in molti a chiedersi se quella primordiale interpretazione a cui appunto diede un grande contributo Niels Bohr, sarebbe rimasta così a lungo la più accettata, se invece altri contributi come quelli di David Bohm fossero giunti prima od avessero avuto maggior eco. Nei prossimi post proverò a riassumere i principi che stanno alla base delle diverse interpretazioni per cercare poi di capire dove le più recenti idee aprano degli spiragli nella comprensione di questo fantastico mondo delle particelle.