Fisica quantistica per poeti

' Tu ritieni che Dio giochi a dadi col mondo, io credo invece che tutto obbedisca a una legge…' è in questo breve passo citato da Einstein in risposta alle domande di Born che possiamo comprendere appieno la differenza tra la fisica classica studiata nei tre secoli precedenti e la fisica quantistica, ossia quella branca della scienza moderna che studia il comportamento del microcosmo, delle particelle invisibili che compongono la materia, anche dette stati quantici.

Il libro Fisica quantistica per poeti è un bel libro di divulgazione scientifica. Un libro che mi ha affascinato e dato molte risposte alle mie curiosità su una materia davvero ostica e riservata agli addetti ai lavori: scienziati che come poeti -per cui in fondo attraverso medesime sensibilità- si ritrovano a imbattersi in continui incanti della natura misteriosa. Una materia controintuitiva e, in quanto tale come la definiscono gli autori, così simile alla poesia, al contrario di quanto fosse stata la fisica nei secoli precedenti.

Il racconto della scoperta della fisica dei quanti diventa grazie agli autori Leon M. Lederman, (Premio Nobel per la Fisica nel 1988), e il suo emerito collega Christopher T. Hill un romanzo avvincente.
Quello che successe negli anni che vanno dal 1905 fino al biennio 1925-27 fu straordinario per i colpi di genio prodotti dai fisici. Anni davvero eccezionali. In quel periodo storico vi fu l'incontro di fisici di una tale levatura che non si è mai più ritrovata. Erano i fisici del calibro di Einstein, Schrödinger, Heisenberg, Born, Plank, Pauli, Broglie, Bohr, Dirac; essi furono gli artefici, attraverso l'elaborazione di loro teorie, per delineare la materia incredibile della fisica quantistica.

Il racconto delle loro scoperte si snoda come un giallo, un thriller dove non c'è l'assassino, ma un elettrone sfuggente, un 'colpevole' imprendibile e indefinibile nella sua sostanza. Le teorie si avvicendano con veri e propri colpi di scena. Ognuno dei fisici citati porta un suo contributo che viene ogni volta rivisto e superato, contraddetto e riconfermato, fino ad arrivare ad una sintesi chiamata 'principio di indeterminazione'; un principio che rese il suo estensore Heisenberg, immortale.
Il 'principio di indeterminazione' diventa la pietra miliare di tutta la fisica quantistica. Quel principio può chiamarsi anche principio di inconoscibilità. Per certi versi è il principio che regola il percorso della scienza, che fa dell'inconoscibile la sua materia di studio. Seguiranno poi il principio di esclusione di Pauli e l'equazione di Schrödinger... altre teorie che saranno usate per misurare i comportamenti degli atomi.

Grazie a questo libro si riesce, anche senza una preparazione specialistica necessaria, a capire di che cosa si stia parlando e soprattutto quale visione del mondo venga prospettata: un mondo privo di buon senso e in grado di meravigliarci non lasciandoci più indifferenti. Un mondo che ha qualcosa di magico e non ubbidisce a nessuna legge che fino a quel momento aveva regolato le cose conosciute della nostra vita. Un mondo anche per poeti, perché no?

'Ma se è vero che Dio gioca a dadi con l'universo, è rimasto comunque a controllare gli esiti delle giocate'...così la stregoneria della meccanica quantistica entra nel nostro quotidiano attraverso molti oggetti: forni a microonde; telefoni cellulari; laser; transistor, fotocamere digitali; fino al campo medico con le risonanze magnetiche ecc. Senza di lei non avremmo Internet; con la meccanica quantistica abbiamo poi compreso tutti i meccanismi della chimica, si è riusciti a spiegare le basi fisiche di questa scienza che unendo elementi creava materiali diversi e nuovi. Spiegava l'esattezza della tavola periodica degli elementi, così ben inventata da Dmitrij Ivanovic Mendeleev.

Il protagonista dello studio della fisica quantistica è l'atomo: l'elemento che caratterizza il microcosmo; un mondo regolato da leggi che non si riescono a comprendere con le regole universali classiche, dettate da Galilei e Newton, del nostro mondo ordinario, quello del macrocosmo. L'atomo al centro dell'attenzione nessuno lo ha mai visto; lo si è sempre immaginato in maniere diverse: quella ormai accettata è di un piccolo sistema solare dove esiste un nucleo (una stella) formato dal positrone e da altre particelle elementari -alcune di queste definite quanti- e da diversi satelliti (per l'atomo di idrogeno uno solo) chiamati elettroni. Il microcosmo riflette il macrocosmo...così sembra ma solo che per il piccolo non valgono le regole del macro.

Di qui nasce, per questa scienza contemporanea, tutto il casino. Sebbene continuiamo a usare la matematica e adattarla per indagare il comportamento della fisica quantistica e molti risultati sono stati raggiunti e in un certo senso si è riusciti anche a conciliare alcune regole della fisica classica con quella quantistica, si è dovuto procedere inventando o adattando nuove teorie. Hanno preso campo sia la statistica che la probabilistica.

Interessante la disputa tra Einstein e Bohr; uno scontro tra chi voleva riportare tutto alla fisica classica -quella newtoniana- (l'Einstein del Dio che non gioca a dadi) e chi sosteneva che per il mondo atomico e subatomico i parametri classici non servono (la scuola di Copenaghen per cui la misurazione è il modo che dà vita ad un reale che diversamente non esiste e ha altre regole).
Nel libro di Leon M. Lederman e Christopher T. Hill si parte dall'indagare lo strano fenomeno dei fotone (quanto di luce) che è insieme un'onda e un corpuscolo...o l'uno o l'altro, dicono gli scienziati e così come un rompicapo ecco snodarsi il racconto.
L'enigma da risolvere nasce guardando una vetrina dove oltre a vedere ciò che sta al di là del vetro viene riflessa anche in modo diffuso l'immagine di chi guarda. Come è possibile? Qualche elettrone (che per la luce è chiamato fotone) non passa il vetro e viene rifranto...quali elettroni non passano? E perché? Ecco che indagando gli elettroni qualcosa si inizia a comprendere...quegli elettroni sono sia onde che particelle: sono ambivalenti. Con la spiegazione si entra nella meccanica quantistica cercando di svelarne comportamenti e misteri. Un viaggio affascinante, grazie ai due bravissimi divulgatori Leon Lederman e Christopher Hill, nella ricerca scientifica per arrivare a farci capire cosa si intenda per fisica quantistica.

Fisica quantistica per poeti,
di Leon M. Lederman, Christopher T. Hill
traduzione di Luigi Civalleri
Bollati Boringhieri, 2013 Saggi Scienze - Euro 24