Sette brevi lezioni di fisica…

7 lezioni di fisica in un libro che propone capitoli ben fatti e accattivanti, fino quasi alla fine.

Poi, inesorabilmente, sulla scienza ha la meglio il politically correct.

Pensate a come può essere stato il volo di Icaro: un ragazzo munito di ali artificiali, fatte con piume tenute insieme dalla cera, vive l’emozione di volare come un uccello, sempre più in alto, quasi a toccare il sole, ma ecco che proprio esso gli scioglie le ali e lo punisce per il troppo entusiasmo facendolo rapidamente precipitare schiantandolo sulla superficie del mare. Questo è quello che ho provato leggendo il saggio “Sette brevi lezioni di fisica” di Carlo Rovelli. Naturalmente questa è solo un’impressione personale e quindi, per definizione, di parte, ma in genere sono proprio coloro che sentono il bisogno di dire qualcosa a suscitare le emozioni più forti, rispetto a fantomatici commentatori imparziali (ammesso che esistono) del mondo che ci circonda. In ciò Rovelli è stato bravo, per cui a modo mio proverò a recensire la sua opera.

Tale ordinario di fisica teorica ha scritto un testo di sette capitoli rivolto a “chi la scienza moderna non la conosce o la conosce poco”, in particolare parlando della Fisica Moderna. I temi sono tutt’altro che banali ma, forse inaspettatamente, il suo lavoro è stato coronato da un ampio successo editoriale (il primo Aprile le copie vendute ammontavano a circa 160’000). Il nostro è stato anche ospite nel programma “Che tempo che fa” e alcuni hanno provato a spiegarsi come sia potuto piacere così tanto un libro che parli di cose come la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica.

Letto a mia volta questo libro, formalmente ho notato una grande semplicità di linguaggio, una fluidità di lettura notevole (il libro si legge in un’oretta, ma non solo perché sia effettivamente breve) e lo stile è accattivante. Per quanto riguarda i contenuti, ho apprezzato molto le prime cinque lezioni, mentre mi hanno deluso le ultime due (ne riparlerò più avanti).

Godiamoci l’incipit:

Da ragazzo, Albert Einstein ha trascorso un anno a bighellonare oziosamente. Se non si perde tempo non si arriva da nessuna parte, cosa che i genitori degli adolescenti  purtroppo dimenticano spesso. Era a Pavia. Aveva raggiunto la famiglia dopo aver abbandonato gli studi in Germania, dove non sopportava il rigore del liceo. Era l’inizio del secolo e in Italia l’inizio della rivoluzione industriale. Il padre, ingegnere, installava le prime centrali elettriche in pianura padana. Albert leggeva Kant e seguiva a tempo perso lezioni all’Università di Pavia: per divertimento, senza essere iscritto né fare esami. È così che si diventa scienziati sul serio.

Come vedete, c’è un  piacevole mix di riverenza e di irriverenza nei confronti del genio tedesco, racconta la sua vita prendendo contemporaneamente spunti di saggezza e, anche se di fatto strizza l’occhio ai lettori che non hanno amato la scuola, non ha affatto torto a dire che è la passione che smuove veramente ogni lavoro. Nulla andrebbe fatto “meccanicamente”, nemmeno la Meccanica!

Nel parlare della Relatività Generale, la quale descrive la gravitazione, Rovelli semplifica il tema ma ci affascina nel presentare la “pura bellezza”, a suo dire, di tale teoria:

E qui arriva l’idea straordinaria, il puro genio: il campo gravitazionale non è diffuso nello spazio: il campo gravitazionale  è lo spazio. Questa è l’idea della teoria della relatività generale.

Lo “spazio” di Newton, nel quale si muovono le cose, e il “campo gravitazionale”, che porta la forza di gravità, sono la stessa cosa.

È un folgorazione. Una semplificazione impressionante del mondo: lo spazio non è più qualcosa di diverso dalla materia: è una delle componenti “materiali” del mondo. Un’entità che ondula, si flette, s’incurva, si storce. Non siamo contenuti in un’invisibile scaffalatura rigida: siamo immersi in un gigantesco mollusco flessibile. Il Sole piega lo spazio intorno a sé e la Terra non gli gira intorno perché tirata da una misteriosa forza, ma perché sta correndo dritta in uno spazio che si inclina.

Rovelli mostra la sua ammirazione nel presentare l’idea chiave della teoria, la inquadra da vari lati e in seguito chiarisce che tutto questo ha avuto, cosa più importante, le necessarie verifiche sperimentali.

Nella seconda lezione fa partire la Meccanica Quantistica nel 1900 grazie a Max Planck e poi di nuovo ad Einstein, riportando di quest’ultimo l’introduzione al suo lavoro sull’effetto fotoelettrico (che gli è valso il premio Nobel). Nel farlo, il nostro autore racconta di nuovo nello stesso momento sia la scienza sia come si faccia la scienza, dando una lezione importante:

Queste righe [di Einstein], semplici e chiare, sono il vero atto di nascita della teoria dei quanti. Si noti il meraviglioso “Mi sembra…” iniziale, che ricorda l’”Io penso…” con cui Darwin introduce nei suoi taccuini la grande idea che le specie evolvono, o l’”esitazione” di cui parla Faraday quando nel suo libro introduce la rivoluzionaria idea di campo elettrico. Il genio esita.

Nel resto della seconda lezione si occupa del lavoro di Bohr e d Heisenberg, descrivendoli come nuovi “pensatori dell’impensabile” a causa delle basi fortemente anti-intuitive della Meccanica Quantistica.

Lo stile è piacevolmente uguale anche nella lezione dedicata a come si è evoluta la nostra concezione dell’universo, in quella in cui si parla delle particelle elementari della materia e nella successiva dedicata ad una delle teorie che un domani potrebbe unificare la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica (attualmente non conciliabili), la loop quantum gravity.

Il passaggio nel campo del “discutibile” lo si ha nella sesta lezione, in cui si inizia col parlare del concetto di calore per arrivare ad un’idea molto difficilmente digeribile, se non proprio sbagliata, cioè che il tempo “in realtà non scorra”. Prima di citare Rovelli nel suo passaggio cruciale della sesta lezione, riassumerò nel modo più semplice possibile la sua argomentazione.

Una parola come “qui” non ha un significato universale ma dipende dal soggetto che la sta usando, mentre la parola “adesso” sembra oggettiva perché riguarda l’attuale momento presente che tutti stiamo vivendo.  Per la precisione già la Relatività Ristretta ci insegna che in due distinti sistemi di riferimento il tempo possa scorrere diversamente, ma qui si vuole andare oltre. Nella sola Dinamica dei corpi, dato un istante in cui siano noti posizione e velocità iniziale di essi, i loro moti saranno determinati per ogni stante di tempo dalle leggi della fisica e tali moti continuerebbero ad essere coerenti con esse anche se si facesse scorrere il tempo al contrario (l’esempio fatto è di un pendolo ideale che oscilla indefinitamente se non ci sono attriti). Se invece si considera anche il Secondo Principio della Termodinamica, ecco che si crea una differenza tra il passato e il futuro, perché in un sistema isolato esiste una grandezza, l’entropia, che può essere vista come un indice del “disordine del sistema” (un concetto che andrebbe espresso meglio ma è abbastanza intuitivo), la quale può solo aumentare: il tempo allora “scorre” in avanti quando aumenta l’entropia (l’esempio è quello di un pendolo reale che col tempo, appunto, rallenta a causa degli attriti e la sua energia cinetica diventa calore).

Il motivo per cui un sistema tende a stati a maggiore disordine è perché questi hanno una maggiore probabilità di realizzarsi rispetto a quelli ordinati. Da che cosa deriva però la necessità di introdurre la probabilità in fisica? Nel caso della termodinamica, essa deriva dal fatto che non si conosce con esattezza il moto di tutti i corpi di un sistema complesso, per cui si può solo prevedere la probabilità con cui un limitato insieme di parametri globali assume determinati valori. L’atto di limitarsi a solo tali parametri comporta l’uso della probabilità e quindi della statistica e di conseguenza della legge dell’entropia. Ecco il passaggio chiave a cui alludevo:

Il “presente” non esiste in modo oggettivo più di quanto non esista un “qui” oggettivo, ma le interazioni microscopiche del mondo fanno emergere fenomeni temporali per un sistema (come per esempio noi stessi) che interagisce solo con medie di miriadi di variabili. La nostra memoria e la coscienza si costruiscono su questi fenomeni statistici, che non sono invarianti nel tempo. Per un’ipotetica vista acutissima che vedesse tutto non ci sarebbe tempo “che scorre” e l’universo sarebbe un blocco di passato, presente e futuro.

Fin qui secondo Carlo Rovelli, ma le difficoltà, almeno da parte mia, sono parecchie. In primis, il motivo per cui un sistema tende a porsi in stati a maggiore entropia è certamente perché sono quelli più probabili, ma il motivo per cui sono più probabili è che, dati due stati a diversa entropia, la quale è una caratterista globale di un sistema (per cui si parla di “macrostato”), quello ad entropia maggiore lo si può ottenere con un numero molto maggiore di configurazioni delle sue particelle (in questo caso si parla di “microstato”), cioè i microstati corrispondenti ad “entropia alta” sono molto maggiori di quelli corrispondenti a “entropia bassa” a prescindere dalla nostra conoscenza esatta del sistema. Se avessimo la “vista acutissima” di cui parla Rovelli in effetti cesserebbe, in teoria, la distinzione tra microstati e macrostati e per noi ogni sistema tenderebbe al solo e unico stato finale previsto dalle leggi fisiche (cioè un solo stato a probabilità 1 e tutti gli altri a probabilità 0), ma perché rinunciare  alla visione d’insieme? Globalmente, continuerebbe a manifestarsi l’aumento di entropia. Un secondo problema è che, pur volendo, vale un principio della Meccanica Quantistica detto di Indeterminazione, per cui la conoscenza esatta di posizione e velocità delle particelle di un sistema non le si possono conoscere contemporaneamente con la stessa precisione, quindi la “vista acutissima” non potrebbe esistere nemmeno a livello teorico. Infine, la sensazione del tempo che scorre è figlia certamente anche del fatto che il mondo trabocca di fenomeni irreversibili (o meglio, di fenomeni la cui reversibilità è estremamente improbabile), per esempio un vaso che cadendo si rompe in mille pezzi, ma un uomo vivrebbe lo scorrere del tempo anche se posto davanti ad un pendolo ideale che non si ferma mai, dove “tutto è noto” ma la memoria e l’autocoscienza farebbero capire ad un tale uomo che il tempo stia passando…infatti si annoierebbe.

Tutti questi problemi vengono in ogni caso battuti in numero e peso da quelli della settima lezione, dedicata alla riflessione su noi stessi.  Principalmente si prova a trasmettere un’estremizzazione del naturalismo per cui la distinzione tra l’uomo e il resto della natura scompare del tutto. Che la Scienza sia naturalistica è cosa ovvia, ma nel nostro caso si dice qualcosa di più radicale e lo vedremo tra poco, prima riflettiamo su una similitudine posta dal nostro autore. Rovelli fa l’esempio di uomini primitivi che inventano miti su un “dio antilope” e allo stesso tempo imparano a trovare le tracce delle vere antilopi quando vanno a caccia:

La confusione tra queste due diverse attività umane, inventare racconti e seguire tracce per trovare qualcosa, è l’origine della diffidenza per la scienza di una parte della cultura contemporanea. La separazione è sottile: l’antilope cacciata all’alba non è lontana dal dio antilope dei racconti della sera. Il confine è labile. I miti si nutrono di scienza e la scienza si nutre di miti. Ma il valore conoscitivo del sapere resta. Se troviamo l’antilope possiamo mangiare.

Mi sarebbe piaciuto sapere con più precisione, visto che in seguito ciò non viene detto, qual è questa parte della cultura contemporanea che non si fida della scienza e in che senso non lo faccia. Intanto, se in questa metafora l’antilope rappresenta la verità nel senso assoluto ed eterno del termine, allora la scienza è una caccia che non ha mai fine, perché possiamo solo essere sicuri delle tracce che ci hanno condotto su una strada sbagliata, visto che ogni strada vera lo è solo fino a prova contraria. Se invece l’antilope rappresenta l’”utile”, il progresso tecnologico, allora esso è sicuramente raggiungibile, ma naturalmente saper applicare le leggi della natura e conoscerle veramente sono due cose diverse; citando un mio professore di Meccanica Quantistica: “le applicazioni tecnologiche sono una scatola nera che applichiamo perfettamente”.

In ogni caso, il fatto che l’uomo sia in grado di conoscere la natura tramite la scienza non deve essere considerato, a detta di Rovelli, una conseguenza di una specialità della nostra specie, o meglio, della nostra natura:

La sostanza prima dei nostri pensieri è una ricchissima informazione raccolta, scambiata, accumulata e continuamente elaborata.

Ma anche il termostato del mio impianto di riscaldamento “sente” e “conosce” la temperatura della mia casa, quindi ha informazione su di essa, e spegne il riscaldamento quando fa abbastanza caldo.

Non possiamo non notare in questo brano una brutale semplificazione del concetto di “avere informazione”, perché un termostato, o un qualsiasi oggetto, riceve e dà solo materia ed energia, mentre l’informazione è un ente astratto che può usare i mezzi più svariati ma richiede un mittente, un destinatario, un codice e un soggetto in grado di tradurlo. Nessuna cosa e nessun animale, per quanto capace di comunicare, è in grado di astrarre, cioè di “staccarsi” dal supporto materiale e di creare un “sistema logico di comunicazione simbolica”. Siamo pur sempre gli unici in grado di parlare, o sbaglio?

In questo contesto è impossibile non toccare il problema del libero arbitrio, cioè del come si concilia il fatto che ogni ente dell’universo rispetti le leggi della natura, compreso il nostro corpo e il nostro cervello, eppure noi avvertiamo di essere gli autori liberi e consapevoli delle nostre azioni. Rovelli non nega che il cervello segua le leggi della natura ma dice di credere nella libertà dell’uomo, ma si tratta di una libertà un po’ particolare:

Essere liberi non significa che i nostri comportamenti non siano determinati dalle leggi della natura. Significa che sono determinati dalle leggi della natura che agiscono nel nostro cervello. Le nostre decisioni libere sono liberamente determinate dai risultati delle interazioni fugaci e ricchissime tra i miliardi di neutroni del nostro cervello: sono libere quand’è l’interagire di questi neuroni che li determina.

“Ma anche no”, risponderei al nostro autore, perché la sua definizione di libertà è solo apparentemente uguale a quella intesa dal senso comune, perché egli chiama libero ciò che è semplicemente interno, mentre a rigore, visto che le leggi del cervello non sono diverse da quelle di qualsiasi altro corpo dell’universo, allora saranno deterministiche e sono loro a decidere per  noi, e non vale dire che “noi” siamo il nostro cervello, perché non risolve il problema, è solo una nuova definizione di quell’imperscrutabile concetto di “Io” e quindi di “Noi” che sfonda ogni riduzionismo spacciato per scienza. Inoltre, anche l’emissione di insulina da parte del mio pancreas è una cosa decisa dai miei neuroni, ma non sono mica “io” a deciderla!

Le ultime due pagine dell’opera riassumo lo stile di tutto il testo: un’incalcolabile ammirazione per lo spettacolo che la natura ci offre e ci offrirà col progredire della Scienza, unita ad una mortificazione dell’idea antropocentrica di “uomo”. Troviamo senz’altro l’elogio della curiosità, che ha spinto l’uomo fino a raggiungere la Luna:

Centomila anni fa la nostra specie è partita dall’Africa, forse spinta proprio da questa curiosità, imparando a guardare sempre più lontano.

Mi dispiace essere così prosaico, ma in realtà “ufficialmente” la nostra specie è partita dall’Africa perché cominciò a fare caldo, la foresta venne sostituita dalla savana e una proto-scimmia si mise a camminare:

Penso che la nostra specie non durerà a lungo. Non pare avere la stoffa delle tartarughe, che hanno continuato ad esistere simili a sé stesse per centinaia di milioni di anni, centinaia di volte di più di quanto siamo esistiti noi.

Bisogna pur dire a nostra difesa che non è colpa nostra se siamo gli ultimi arrivati!

Apparteniamo ad un genere di specie a vita breve. I nostri cugini si sono già tutti estinti.

…ma non c’era stata un’evoluzione da un homo all’altro? A rigore dovremmo aspettarci che un domani l’homo sapiens venga sostituito da un altro homo, non che scompaia del tutto il nostro genere di appartenenza.

Non può mancare, visto che ormai in un certo ramo culturale è d’obbligo, un riferimento al riscaldamento globale antropico:

E noi facciamo danni. I cambiamenti climatici e ambientali che abbiamo innescato sono brutali e difficilmente ci risparmieranno.

Segue, per dare una degna conclusione, una citazione del De rerum natura di Lucrezio e infine un condivisibilissimo elogio della bellezza del mondo.

In breve, il messaggio che sembra trasparire da questo libro è che l’uomo vive in un ambiente straordinario, fatto di uno spazio-tempo che si deforma come le onde del mare e di particelle che occupano più posizioni nello stesso istante, ma l’uomo nel suo habitat è poco più di un termostato e, tenendo conto del riscaldamento globale, è un termostato che funzione pure male!

Adesso capisco perché una parte della cultura contemporanea diffida della scienza e potrò spiegarlo con una similitudine: immaginate che io porti la mia ragazza ad ammirare il golfo di Napoli, ne decanti lo spettacolo naturale tra il poetico e lo scientifico per rafforzarne l’efficacia descrittiva, e poi confessi alla mia ragazza che ciò che provo per lei non provoca ma coincide con un’immissione nel mio sangue di endorfine su ordine dei miei neuroni. La mia ragazza non si fiderebbe più di me.

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