Leon M. Lederman e David N. Schramm dai quark al cosmo 1991 Zanichelli



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Leon M. Lederman e David N. Schramm

DAI QUARK AL COSMO

1991 Zanichelli  

dalla quarta pagina di copertina:

Dai quark al cosmo è il racconto "in diretta" di un'avvincente impresa scientifica, a cui si stanno dedicando numerosi ricercatori in ogni parte del mondo: il tentativo di costruire una teoria unitaria dei fenomeni fisici, collegando cosmologia e fisica delle particelle, l'immensa scala dell'universo e quella incredibilmente piccola dei leptoni e dei quark.

Il racconto inizia il 17 aprile 1987 con la prima registrazione di una collisione protone-antiprotone al fermilab, l'acceleratore di particelle di Chicago. A partire da questo episodio, i due autori descrivono lo sviluppo delle attuali concezioni dello spazio, del tempo, della materia e delle forze fondamentali; con un tono narrativo che si mantiene sempre avvincente e chiaro, ci parlano del Modello Standard della fisica delle particelle e della teoria del Big Bang, della supersimmetria, della "teoria del Tutto" (TOE), della supergravità.

Il libro si conclude con una rassegna degli strumenti che si stanno approntando per la fisica degli anni Novanta, come il Superconducting Supercollider (SCC), capace di simulare  le condizioni dell'Universo pochi trilionesimi di secondo dopo il Big Bang, e i nuovi telescopi e osservatori spaziali.

 

 



 

Gordon Kane



IL GIARDINO DELLE PARTICELLE

1997 Longanesi & C.  

dalla quarta pagina di copertina:

Sebbene l'idea secondo cui gli "oggetti" intorno a noi - le case, gli alberi, gli animali e persino l'arcobaleno - sono composti da particelle piccolissime sia molto antica, essa ha dovuto passare al vaglio di innumerevoli scienziati (da Newton a Rutherford, da Boltzmann a Feynman) per raggiungere quel grado di "concretezza" che le attribuiamo oggi. La semplice nozione di atomo dell'inizio del nostro secolo - quella di un sistema solare in miniatura formato da un nucleo centrale circondato da elettroni orbitanti - è stata infatti ormai soppiantata da un quadro assai più variegato e complesso, e le varie decine di particelle oggi note compongono quello che alcuni hanno chiamato uno "zoo" e che l'autore di questo libro, usando un'altra metafora, ha preferito chiamare un "giardino". Di questo giardino, che è l'universo, le particelle sono in un certo senso i semi, dai quali cresce la diversità di tutto ciò che ci circonda.

In questo saggio, Gordon Kane c'illustra anzitutto come gli scienziati siano giunti a comprendere le leggi sottese all'intero universo: dalle affermazioni dei filosofi greci, secondo i quali doveva esistere un elemento primario costitutivo della materia, fino alle scoperte di Newton, Maxwell, Einstein, Heisenberg. Poi, grazie a un affascinante tour dei maggiori laboratori di fisica nel mondo, l'autore ci mostra come gli enormi acceleratori e collisori odierni siano in grado di "vedere" cose milioni di milioni di volte più piccole di quelle osservabili attraverso i primi microscopi, quattrocento anni or sono. Così, grazie alla comprensione del funzionamento dei macchinari utilizzati per "vedere" i quark e i leptoni, riusciamo a capire meglio gli esperimenti che hanno condotto gli scienziati a formulare la cosiddetta "teoria standard", cioè la teoria matematica completa che descrive come funzionano tutte le cose, dalle particelle alle stelle, cominciando dagli elettroni a dai quark. Il punto d'arrivo della ricerca scientifica, quindi? Niente affatto, ci rivela Kane, spiegandoci come la "teoria standard" si estenda di giorno in giorno, incorporando le ricerche più avanzate sulla supersimmetria, sulla materia oscura e sulle superstringhe, e spingendosi sino a far intravedere una possibile - ed esaltante - "teoria del tutto".

Forte di una pluriennale esperienza nell'insegnamento della fisica a studenti non specializzati, Gordon Kane ci guida con sicurezza e disinvoltura in un campo tanto ostico quanto affascinante: grazie al suo libro, destinato a diventare un piccolo classico sull'argomento, il mondo delle particelle non sarà più, per noi, un giardino proibito.

 

 



 

Leon Lederman e Dick Teresi



LA PARTICELLA DI DIO

1996 Mondadori  

dalla quarta pagina di copertina:

Nel V secolo a.C. Democrito di Abdera ipotizzò che la materia sia costituita da particelle invisibili e indivisibili, alle quali attribuì il nome di "atomi". Partendo da tale intuizione, il premio Nobel per la fisica Leon Lederman, in un'epoca in cui dagli ambienti scientifici quasi ogni giorno giunge l'annuncio di scoperte riguardo alla struttura della materia, ripercorre l'affascinante storia di ricerche, esperimenti e studi svolti dall'uomo per rispondere all'antichissima e ardua domanda: "Di che cosa è fatto il mondo?". Secolo dopo secolo, egli ci permette di cogliere lo sforzo comune dell'umanità nel tentativo di individuare e descrivere l'atomo teorizzato da Democrito, uno sforzo coronato da successi sempre parziali, provvisori, inevitabilmente limitati, a fronte dei continui progressi scientifici e tecnologici. Galileo, Newton, Faradey, Rutherford, Einstein sono soltanto alcuni dei numerosi protagonisti di tale appassionante avventura, presentati come veri e propri detective alla ricerca di indizi che svelino il segreto ultimo dell'universo.

Illustrando ogni tappa di questo viaggio in prosa chiara e accattivante, non di rado venata da un originale umorismo. Lederman ci conduce fino all'ultimo cinquantennio, in cui lo studio del mondo subatomico ha conosciuto uno sviluppo straordinario grazie alla creazione della più complessa apparecchiatura sperimentale mai realizzata. l'acceleratore di particelle. L'autore ce ne spiega il funzionamento in modo estremamente semplice, con la metafora di un affilatissimo coltello che seziona la materia fino a separarne gli elementi costitutivi (leptoni, mesoni, quark, ecc.). E, infine, immagina la possibilità di metterne a punto un nuovo, potentissimo modello in grado di fornirci la risposta definitiva sull'argomento, di farci scoprire appunto la "particella di Dio".

 

 

 



Gerard 't Hooft

IL MONDO SUBATOMICO - alla ricerca delle particelle fondamentali

1999 Editori Riuniti  

dalla quarta pagina di copertina:

Gerard 't Hooft, fisico teorico di punta, presenta in modo chiaro e affascinante uno degli ambiti di ricerca più creativi nella fisica del Novecento: quello che, soprattutto a partire dagli anni sessanta, ha esplorato a fondo la struttura fondamentale della materia, alla ricerca degli elementi ultimi, dei costituenti indivisibili. E' una storia che coinvolge aspetti della ricerca scientifica contemporanea, dalla riflessione teorica sull'origine dell'universo alle spettacolari sperimentazioni della fisica delle alte energie.

Nella prima parte del libro 't Hooft ricostruisce le modalità con cui si è giunti a elaborare il cosiddetto Modello Standard della fisica, la teoria che descrive il mondo subatomico. La seconda parte illustra le ipotesi teoriche più attuali e più ardite circa la struttura della materia, dello spazio e del tempo.

 

 

 



Paul Davies

LE FORZE DELLA NATURA

1990 Bollati Boringhieri  

dalla quarta pagina di copertina:

Vero "cavallo di razza" della divulgazione scientifica, Paul Davies è uno dei rari fisici che sanno farsi seguire dal lettore comune anche quando affrontano argomenti difficili. ne è una prova il presente volume, una delle migliori illustrazioni disponibili del microcosmo atomico e dell'incredibile fauna che lo abita: non solo la familiare triade protone-elettrone-neutrone, ma le ben più intriganti realtà che vanno sotto il nome di "colore", "incanto", "stranezza".

Negli ultimi anni la ricerca fondamentale ha fatto passi da gigante, si da far pensare prossima una descrizione unificata di tutte le forze della natura, sostituite da un'unica "superforza", e l'avvento di una "supersimmetria" capace di unire forza e materia. Progressi promettenti si sono avuti nel campo delle teorie di grande unificazione, ma forse la spinta decisiva è stata data dalla scoperta delle particelle W e Z, i bosoni intermedi portatori della cosiddetta interazione debole.

Anche di questi nuovi sviluppi rende conto il libro di Davies, che ha dunque tutto per interessare un pubblico vario, compresi i lettori di formazione scientifica, ma non addentro alla materia, desiderosi di curiosare "nell'orto del vicino".

 

 



 

Paul Davies



SUPERFORZA - verso una teoria unificata dell'universo

1986 Mondadori  

dalla quarta pagina di copertina:

Sta oggi per realizzarsi un sogno antico dell'uomo: costruire una teoria che gli consenta di unificare lo scibile, di ricondurre la sconcertante molteplicità dei fenomeni che lo circondano a un'unica legge fisico-matematica. Una legge che comprenda l'infinitamente grande, ma anche l'infinitamente piccolo: le stelle, le galassie, gli spazi immensi, e la popolazione sterminata di particelle di cui i grandi acceleratori di tutto il mondo annunciano sempre più spesso la scoperta - bosoni, fermioni, quark, antiquark, particelle W, particelle Z...

La soluzione viene intravista, oggi, dai fisici, nell'unificazione delle quattro forze che producono tutti gli eventi della natura - gravità, elettromagnetismo, interazione nucleare forte e debole - in una singola superforza, amalgama di materia, spazio-tempo ed energia: una struttura integrata e armoniosa, che confermerebbe le simmetrie profonde della materia rivelate dall'analisi matematica.

In questo libro Paul Davies racconta la storia affascinante di questa ricerca, dalle ipotesi di Einstein alle scoperte di Rubbia alle prospettive attuali. E' un viaggio avventuroso nel cuore di un universo a undici dimensioni, nato spontaneamente dal nulla eppure "prodotto della legge, più che del caso": un mondo dominato da una logica molto diversa da quella del senso comune, una logica surreale che richiama alla mente il Paese delle Meraviglie di Alice.

 

 



 

Brian Greene



L'UNIVERSO ELEGANTE - supertringhe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria ultima

1999 Einaudi  

dalla quarta pagina di copertina:

La teoria delle superstringhe è come una grande rete che avvolge molte delle scoperte fondamentali della fisica; è una teoria che unifica le leggi del grande e del piccolo, leggi che governano i più ampi spazi del cosmo e i più piccolo brandelli di materia. Dunque, è una teoria a cui ci si può accostare in vari modi. Ho scelto di concentrarmi sui progressi nella nostra concezione dello spazio e del tempo. Mi sembra una linea evolutiva molto stringente, che apre vaste e interessanti prospettive su nuovi concetti. Einstein ci ha mostrato che lo spazio e il tempo si comportano in modi sorprendenti e controintuitivi; oggi le ricerche più avanzate hanno integrato le sue idee nell'ambito di un universo quantistico, dotato di molte dimensioni nascoste nella trama del cosmo - dimensioni dalla geometria riccamente intricata che possono celare la risposta alle domande più profonde mai poste. Alcuni di questi concetti sono complessi, ma possono essere intesi grazie ad analogie prese dal mondo quotidiano; quando li si comprende appieno, ci offrono una prospettiva sorprendente e rivoluzionaria da cui guardare l'universo.

 

 



 

Robert P. Crease e Charles C. Mann



ALLA RICERCA DELL'UNO

1987 Mondadori  

dalla quarta pagina di copertina:

Un'opera unica, irripetibile: Alla ricerca dell'uno oltreché un capolavoro di divulgazione scientifica, è un trascinante viaggio nel cuore della fisica del nostro secolo raccontato dai suoi grandi protagonisti: una storia non di protoni ma di persone, individui geniali.

Ecco giganteggiare, all'inizio, la figura di Einstein, l'ultimo pensatore solitario, il primo a intuire le relazioni che legano insieme tutti i fenomeni dell'universo. ecco poi il sorgere della teoria quantistica, la scoperta dei quark, l'entusiasmante proposta della teoria della "forza elettrodebole" di Weinberg e Salam, la sua clamorosa conferma sperimentale compiuta da Carlo Rubbia al CERN di Ginevra nel 1983. E infine ecco che appaiono le Nuove Teorie Unificate - dalla Superforza alle Supercorde - che propongono una spiegazione globale del cosmo, della sua nascita come del suo destino...



 

 


Fisica









La particella di Dio

Il nostro mondo, dagli atomi alle galassie più lontane, è oggi tenuto insieme da quattro distinte forze, molto diverse tra loro. Unificarle in una sola formula è il sogno di ogni fisico. Così i ricercatori elaborano teorie raffinate e affascinanti, cercando poi di verificarle con la scoperta di "superparticelle" che sembrano inaccessibili. La ricerca continua, e un giorno sapremo se è davvero così. Allora, come dice Stephen Hawking, "conosceremo la mente di Dio"













Poter descrivere la complessità dell'universo in cui viviamo con una semplice teoria, la "Teoria del tutto", è il sogno di ogni scienziato. Ma per arrivare a farlo è indispensabile un passo intermedio: riuscire a descrivere, in un'unica trattazione matematica, tutte le quattro forze fondamentali esistenti in natura. A questa meta ambiziosa - l'unificazione - stanno lavorando ricercatori in tutto il mondo, alle prese con alcune delle più astratte e raffinate teorie fisiche e matematiche mai elaborate dall'uomo, che hanno nomi suggestivi e difficili (come superstringhe, supersimmetrie, supergravi- tà...) e che puntano a penetrare i più riposti segreti del mondo delle particelle subatomiche. "Se riusciremo a trovare una risposta", ha detto il famoso scienziato inglese Stephen Hawking, "decreteremo il trionfo definitivo della ragione umana, giacché allora conosceremmo la mente di Dio". Via via che le nostre conoscenze della natura e del cosmo si sono approfondite e nuovi esperimenti hanno permesso di esplorare in dettaglio le nascoste proprietà della materia, la comprensione delle quattro forze, o interazioni, fondamentali, che sono alla base dei processi fisici, chimici e biologici è divenuta più chiara. Le quattro forze di base La forza gravitazionale, che si esercita tra tutti i corpi dotati di massa, è la più familiare poiché viene avvertita attraverso il nostro peso corporeo; è la causa della caduta dei corpi sulla Terra, e del movimento dei pianeti intorno al Sole. All'interazione elettromagnetica, che si esercita tra particelle cariche, si devono l'elettricità, le onde radio e l'attrazione che consente agli elettroni di carica negativa di orbitare attorno al nucleo dell'atomo, che ha una carica positiva. Nel mondo di dimensioni infinitesimali in cui vivono le particelle elementari, sono attive due altre interazioni senza le quali l'universo come noi lo conosciamo non potrebbe esistere: la forza "forte" e quella "debole". La prima è quella che tiene uniti protoni e neutroni (a loro volta formati da quark) a formare il nucleo dell'atomo. La forza "debole" invece (centomila volte meno intensa di quella forte), si esercita tra particelle chiamate leptoni (come l'elettrone e il neutrino), ed è la causa della disintegrazione degli atomi radioattivi e di alcune delle reazioni nucleari che avvengono all'interno del Sole. Questa disparità di interazioni non esisteva, secondo gli scienziati, poco dopo il Big Bang, quando l'universo era estremamente caldo e denso, ma le forze si sono andate via via separando mentre il cosmo si raffreddava e prendeva le sembianze che oggi conosciamo. A riprova dell'enorme difficoltà di riunire in un'unica trattazione quello che ci appare diverso nel mondo percepibile, vi è il fatto che anche il grande Albert Einstein provò, per buona parte della sua vita, a unificare la forza gravitazionale e quella elettromagnetica senza ottenere alcun risultato. La scoperta dei bosoni Da allora il più importante successo è consistito nella creazione della "teoria unitaria delle forze elettromagnetiche e deboli", realizzata da Sheldon Glashow, Steve Weinberg e Abdus Salam, vincitori del premio Nobel nel 1979. La loro teoria prevedeva l'esistenza di particelle mediatrici della forza elettrodebole, i bosoni vettori intermedi (le particelle W+, W- e Z0) che sono stati successivamente scoperti al Cern di Ginevra (il Laboratorio europeo per la fisica delle particelle, il più prestigioso al mondo), dall'équipe guidata da Carlo Rubbia, vincitore del premio Nobel nel 1984. Insieme ai bosoni, le altre particelle che mediano l'azione delle forze (azione che, nella fisica moderna, è sempre vista come uno scambio di particelle tra i corpi che interagiscono), sono i fotoni per la forza elettromagnetica, i gluoni per quella forte, e gli ipotetici gravitoni per quella gravitazionale. Il passo successivo è stato la formulazione delle cosiddette "teorie di grande unificazione", che trattano insieme la forza forte e la forza elettrodebole, ma non tengono conto dell'interazione gravitazionale. Secondo queste ultime teorie, nei primi anni di vita dell'Universo sarebbe dovuta esistere una "superforza" mediata da una superparticella chiamata "X". Un'ipotesi che è impossibile verificare, allo stato attuale delle conoscenze, come spiega Nicola Cabibbo, fisico teorico e presidente dell'Enea, l'Ente per le nuove tecnologie, l'energia e l'ambiente. "Risultati recenti ottenuti con gli esperimenti effettuati nel Lep, la macchina acceleratrice attualmente in funzione al Cern, hanno permesso di capire che queste ipotetiche particelle sarebbero estremamente pesanti, circa un milione di miliardi di volte la massa del protone. Per trovarle, sarebbero necessari acceleratori che arrivano a energie così enormi da essere del tutto irrealizzabili". Il fatto è che, secondo la famosa formula di Einstein, E=mc2 , che esprime l'equivalenza di massa ed energia, più elevata è la massa di una particella che si vuole produrre all'interno di un acceleratore, più elevata deve essere l'energia. Uno scambio di ruoli Ma non è questo il solo limite delle "teorie di grande unificazione", che sono per il momento considerate abbastanza insoddisfacenti. Più promettenti sono invece ritenute le teorie "supersimmetriche" (chiamate "SuSy", da supersymmetry), che riuniscono in una stessa famiglia i due grandi gruppi di particelle precedentemente considerati diversi fra loro: i bosoni, cioè i mediatori delle interazioni (fotone, gluone, gravitone, e le particelle W e Z), e i fermioni, le particelle che compongono l'atomo, come elettroni e quark. Queste particelle potrebbero trasformarsi le une nelle altre, scambiandosi i ruoli. Ciò implica, per le stesse complesse simmetrie matematico-fisiche, che ogni particella conosciuta abbia un compagno, il cosiddetto "partner supersimmetrico", che si chiama squark per il quark, fotino per il fotone, Wino per il W e così via. Un modo per verificare la validità della costruzione teorica è dunque quello di "catturare" le particelle supersimmetriche. E i fisici sono sicuri di riuscire a farlo presto con la nuova macchina acceleratrice Lhc che entrerà in funzione al Cern. "Dal momento che la loro massa potrebbe non essere troppo alta", conferma Cabibbo, "dovrebbero essere accessibili ai nostri rivelatori. Individuarle è uno dei grandi temi della ricerca odierna". La "supergravità" Grazie alla supersimmetria può diventare più facile trattare anche la forza gravitazionale, che è la più difficile da unificare, e ha sempre dato ai fisici molti grattacapi. "La forza di gravità ci sembra intensa, ma all'interno dell'atomo è molto debole, miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di volte (il numero preciso è 10 seguito da trentasette zeri) meno forte della forza elettromagnetica e quindi è irrilevante per le particelle subatomiche", dice Cabibbo. Per arrivare alla possibilità di trattare l'interazione gravitazionale insieme alle altre una nuova teoria, detta della "supergravità", è stata formulata nel 1976 dal fisico italiano Sergio Ferrara (che lavora al Cern) insieme a Daniel Freedman e Peter van Nieuwenhuizen (che hanno insieme vinto nel 1993 il prestigioso premio Dirac). Si tratta di un ampliamento della teoria della gravitazione (la relatività generale) di Einstein. Basata sulle teorie supersimmetriche, introduce accanto al mediatore della forza gravitazionale, il gravitone, il suo partner supersimmetrico, chiamato gravitino. Commenta Ferrara: "Lo schema teorico porta automaticamente a trattare la gravità insieme alle altre interazioni, ma ci sono ancora al suo interno molti problemi aperti che vanno affrontati". Ed ecco che entra in gioco una delle costruzioni matematiche forse più affascinanti e complesse della fisica contemporanea, la "teoria delle superstringhe", la migliore candidata, secondo i suoi sostenitori, per arrivare all'unificazione sognata. Spazio a dieci dimensioni Formulata nel 1984 da Michael Green e John Schwarz (vincitori del premio Dirac nel 1989), questa teoria suggestiva vale in un mondo molto particolare dove le quattro dimensioni dello spazio-tempo in cui viviamo (tre per lo spazio e una per il tempo) diventerebbero addirittura dieci. Inoltre le particelle elementari non sarebbero più paragonabili a punti ma diventerebbero delle stringhe vibranti come corde musicali. E sarebbero piccolissime, contenute in uno spazio di molti miliardi di volte più piccolo del nucleo atomico: tanto più piccole di un atomo di idrogeno, quanto un atomo di idrogeno lo è rispetto all'intero sistema solare. Ma quando si ritorna a distanze maggiori le stringhe ridiventerebbero puntiformi e le dimensioni dello spazio tornerebbero a essere quattro. "Si pensa che le sei dimensioni in più, presenti a distanze così piccole, si "arrotolino" e quindi scompaiano a mano a mano che si ritorna verso le dimensioni del mondo in cui viviamo", commenta Ferrara. Tra scienza e fantascienza Fantascienza? Forse, ma l'immaginazione scientifica dei fisici teorici, nel tentativo di dominare i sottili meccanismi del mondo subatomico, sembra non avere limiti. Tant'è vero che, da un po' di tempo, si sta facendo strada un'altra teoria ancora più fantascientifica, chiamata "M", secondo la quale le particelle non sarebbero simili a stringhe monodimensionali bensì a membrane bidimensionali che fluttuerebbero in uno spazio a undici dimensioni. Vi stanno lavorando alcuni grandi scienziati, tra cui lo stesso Ferrara e il famoso fisico Ed Witten dell'Institute for Advanced Study di Princeton (dove lavorò per molti anni, fino alla fine della vita, lo stesso Einstein). Come si vede, la strada verso l'unificazione e la comprensione dei mattoni elementari della materia, nonostante gli sforzi di alcune delle menti più brillanti della fisica teorica, è lastricata di difficoltà. "Anche se sono stati fatti progressi, c'è ancora molto lavoro da fare", conclude Cabibbo. "Sarà il principale argomento di ricerca per il prossimo secolo".










Michela Fontana









L'UNO E IL TUTTO
di Mariangela Ferrara del gruppo Mizar

Comprendere i segreti della natura, dell’universo, della coscienza è la mèta che si è posta ogni serio ricercatore in tutte le epoche storiche, tentando, attraverso studi e analisi sempre più approfondite, di penetrare i misteri del mondo in cui viviamo, di rendere comprensibili i fenomeni di cui siamo testimoni, nella speranza di “conoscere il pensiero stesso di Dio”.  

 

   Con quest’obiettivo e per questo scopo, Einstein, già famoso per aver pubblicato la teoria della relatività (1905) dedicò gli ultimi anni della sua vita all’infruttuosa ricerca di una teoria unificata e completa in grado di dare una spiegazione ad ogni cosa, ma i tempi non erano ancora maturi, si sapeva ben poco sulle forze nucleari, ed inoltre Einstein si rifiutava, a torto, poiché smentito dalle successive ac-quisizioni teorico-scientifiche, di credere nella realtà della meccanica quantistica e nel principio di indeterminazione (Heisenberg, 1927). Celebre, a questo proposito, è la sua frase “Dio non gioca a dadi con l’universo”.

Ancora oggi relatività generale e meccanica quantistica, pur rappre-sentando i due pilastri fondamentali della fisica, hanno campi d’indagine differenti.

La relatività generale trova la sua applicazione solo nell’infinitamente grande, la meccanica quantistica solo nell’infinitamente piccolo. Le due grandi teorie della fisica del XX secolo, perciò, non possono essere giuste entrambe, sono incompatibili fra loro. Questo significa che ci rivolgiamo di volta in volta alla relatività generale oppure alla meccanica quantistica.

La speranza resta quella di trovare una teoria unificata, coerente e completa che includa tutte le teorie parziali che descrivono invece solo un ambito limitato di fenomeni. La difficoltà principale nel trovare la grande teoria unificata è data dal fatto che la relatività generale è una teoria classica, ossia non incorpora il principio di indeterminazione, tuttavia sembra che tale principio costituisca un tratto fondamentale dell’universo in cui viviamo; una teoria unificata, per poter raggiungere il proprio obiettivo, deve quindi necessariamente incorporare questo principio.

Il grande astrofisico S. Hawking, nel suo libro “La teoria del tutto” sostiene che “un primo passo da compiere nella ricerca è quello di combinare la relatività generale con il principio di indeterminazione, ciò può portare a conseguenze notevoli come l’idea che i buchi neri non siano così neri, che l’universo sia racchiuso in se stesso e privo di confine, che lo spazio vuoto sia in realtà pieno di particelle e antiparticelle virtuali”.

La teoria unificata che la fisica cerca, tenta di riunire le grandi forze della natura per arrivare a comprendere la meraviglia del creato e la semplicità delle leggi su cui è fondato, per svelare il funzionamento dell’universo e per poterlo contemplare attoniti in tutta la sua bellezza ed eleganza.

Anche l’uomo fa parte di questo scenario, egli non è solo spettatore passivo di un meccanismo che sta al di fuori di lui. Egli fa parte integrante del tutto, forse non è soltanto mèro osservatore degli eventi e della realtà del cosmo.

La visione meccanicistica dell’universo è stata profondamente minata proprio dal principio di indeterminazione che, secondo l’interpretazione di alcuni ricercatori, dimostrerebbe che l’osser-vatore condiziona l’osservato ponendo l’uomo e più precisamente la coscienza dell’uomo stesso in una posizione interattiva rispetto al tutto.

La ricerca della “grande teoria unificata” mira alla descrizione di tutte e quattro le forze fondamentali (nucleare forte, nucleare debole, elettromagnetica e gravitazionale) e di tutta la materia nell’ambito di un unico quadro concettuale onnicomprensivo, attraverso formule ed equazioni sempre più complesse, ma può tenere anche conto di ciò che è definito “principio antropico” enunciato per la prima volta negli anni '50 da R.H. Dicke ed elaborato nel 1986 da J.D. Barrow e da F.J. Tipler e, secondo il quale “la spiegazione del perché l’universo ha le proprietà che osserviamo sta nel fatto che, qualora queste proprietà fossero differenti, è probabile che la vita non sarebbe emersa e, di conseguenza, noi esseri umani non saremmo qui ad osservare tali differenze. La peculiarità che contraddistingue la combinazione di forze e particelle del nostro universo è quella di permettere il formarsi della vita. L’esistenza della vita, della vita intelligente in particolare, è un presupposto necessario per potersi domandare perché il nostro universo ha le proprietà che ha”. In altre parole le cose nel nostro universo sono come sono perché se fossero diverse noi non saremmo qui ad osservarle. L’essere umano è parte della natura, della terra, dell’universo e come tale rispetta i ritmi biologici e cosmologici propri del suo ambiente. Egli partecipa anche alle misteriose sincronie della natura: nel cervello milioni di neuroni agiscono in modo coordinato per regolare il respiro, mentre un metronomo naturale dà il ritmo al cuore; il corpo umano è come un’orchestra i cui musicisti sono le singole cellule che seguono il ritmo regolato dal loro DNA. Non soltanto nel corpo umano ma in tutti i fenomeni naturali le sincronie sembrano avere un regista o un coreografo. Sono significativi in tal senso i comportamenti di alcune specie di piante o di animali, eccone alcuni esempi: in Cina, dopo mezzo secolo di fioriture casuali, i bambù di una stessa specie fioriscono tutti nello stesso periodo, le farfalle monarca ogni anno partono in massa dal Canada dirette al Nuovo Messico, i polipi della barriera corallina australiana in una notte di luna piena di agosto su un fronte di duemila chilometri liberano simul-taneamente una nuvola di miliardi di uova.

Per non parlare delle straordinarie coreografie di nuoto sincronizzato di alcuni pesci che si dispongono in banchi dalle forme più bizzarre, o delle formazioni complesse che assumono gli stormi mostrando la capacità di volare e di muoversi all’unisono coordinati da un regista invisibile. 

Anche gli elettroni in un superconduttore si muovono in sincronia, permettendo all’elettricità di fluire senza incontrare resistenza. Sembra esserci un impercettibile legame che unisce tutte le sincronie esistenti. “Molti organismi si comportano come oscillatori accoppiati cioè sistemi composti da molti elementi legati da una grandezza il cui valore in una unità del sistema influenzerebbe tutte le altre.” 

Il matematico Steven Strogatz, docente di matematica applicata alla Cornel University e al Massachussetts Insitute of Tecnology, dopo venti anni di studi, sostiene questa tesi; i risultati ottenuti dimostrano perciò che l’uno, non solo è parte del tutto ma ne condiziona il funzionamento globale in un interscambio di informazioni dando luogo alle manifestazioni osservabili. Il matematico si spinge ad affermare, altresì, che alcuni comportamenti umani stranamente ritmici potrebbero essere spiegati dallo studio e dall’applicazione di questa nuova disciplina divenuta nota con il nome di “ scienza dell’ordine spontaneo”.

Le mode o i movimenti di pensiero sarebbero guidati dalle stesse leggi che regolano alcune sincronie naturali.Si Potrebbe anche azzardare l’ipotesi, quindi, che il sorgere repentino e quasi contemporaneo di varie culture storiche o di molteplici abilità umane, i tratti culturali e religiosi comuni alle civiltà superiori dell’antichità, potreb-bero scaturire dalle connessioni individuate dall’interpretazione della “scienza dell’ordine spontaneo”.

Alla luce di questa nuova chiave di lettura degli eventi della natura, si può tentare di estendere il concetto dell’unione e dell’interazione della parte con il tutto anche a livelli più profondi. Non solo la materia, sia organica che inorganica, risponde-rebbe alle sincronie naturali, ma anche l’inconscio e di conseguenza il pensiero, la mente e taluni comporta-menti, sarebbero soggetti a tale osmosi, creando incredibili sinergie.

Gli esseri umani sarebbero liberi nelle loro scelte ma collegati gli uni agli altri molto più di quanto si creda, impegnati nella danza individuale della vita ma ignari delle invisibili sincronie.

Sapendo che la coscienza emerge proprio a causa delle complesse connessioni neurali che hanno sede nella corteccia cerebrale,si potrebbe stabilire un’analogia e giungere ad identificare l’universo con un grande organismo vivo e pulsante, un corpo fisico, ma anche una meta-mente di cui le capacità cerebrali rappresente-rebbero i neuroni.

Infatti, come in un corpo ogni cellula contribuisce e partecipa al funzio-namento dell’organismo, così, sia nell’universo (infinitamente grande) che nell’atomo (infinitamente piccolo), ogni parte interagisce con il tutto. Purtroppo, tranne le incoraggianti previsioni fornite dalla teoria delle Superstringhe, secondo la quale la trama microscopica dell’universo è un intricato labirinto a più dimensioni in cui stringhe unidimensionali vibrano senza posa dando il ritmo alle leggi naturali, a causa dell’assenza di una teoria unificata, non possediamo ancora le equazioni adeguate e compatibili per entrambe le realtà. Forse, però, se ci si spingesse a considerare il Cosmo non solo come materia ma anche come spirito,inteso come essenza nascosta delle cose,soffio animatore del reale e insieme delle attività mentali, tenendo presente che gli elementi atomici si comportano sia come particelle sia come onde, si giustificherebbero anche le fluttuazioni quantistiche, le onde di probabilità e l’indeterminismo tipico dell’infini-tamente piccolo, poiché, così come la materia a grande scala risponde a leggi fisiche definite e prevedibili, la psiche presenta invece caratteristiche inde-finite ed imprevedibili.

In quest’ottica la ricerca della grande teoria unificata, riservata allo specifico campo della fisica, potrebbe essere ampliata ad ulteriori territori d’inda-gine e curare l’aspetto interdisci-plinare, ponendo l’attenzione anche alla biologia, all’etologia, alla neurofisiologia, alla psicologia etc.

La scienza dell’ordine spontaneo ci ha suggerito un nuovo percorso da seguire ed un nuovo approccio alla spiegazione degli eventi della natura, attraverso l’attendibile ipotesi di correlazioni e collegamenti non solo fisici ma anche psichici.

Il principio di indeterminazione ci ha fornito un indizio facendoci com-prendere che non esistono proprietà dell’universo a livello microscopico che si possono determinare con precisione e che l’osservatore interagisce con l’osservato.

Sulla base di tali presupposti che rappresentano le ultime frontiere della ricerca scientifica, si può dedurre che l’uomo è una parte del tutto al quale partecipa e, come tale, quindi, probabilmente influenza le interazioni tra le particelle elementari, gli scambi molecolari e cellulari, l’inconscio collettivo, già ipotizzato da Jung.

Per ora, nell’attesa di nuovi risultati sperimentali e di un più completo quadro teorico, possiamo solo accontentarci della certezza che nell’unico universo che osserviamo, tentiamo di comprendere e nel quale ci è consentito di vivere, determiniamo, attraverso le scelte che operiamo, il nostro destino e la nostra storia.

Bibliografia:

La teoria del tutto, Origine e destino dell’universo di S. Hawking, Rizzoli  
Sincronia di S. Strogatz, Rizzoli


All'inizio d'un mondo-nuovo
Una novella ateologico-scientifica intorno alla Teoria delle
Superstringhe

Domandarono a Dio se già avesse concepito il mondo e, se sì, in qual modo l'avrebbe creato.


Dio disse di aver pensato a tutti i modi possibili per dar origine alle cose, agli animali e agli uomini pensanti. Ma le aveva scartate tutte. Infatti il modo di creare le pietre, le piante e gli animali poteva anche essere pensato e generato, ma per quanto riguardava gli uomini, in particolare per quel loro pensiero non c'era nulla da fare. Occorreva un inizio speciale che prendesse insieme il tutto, che oltrepassasse le cose, le piante, gli animali, poi ancora oltre, un tutto differente e nuovo, che forse non avrebbe mai potuto esistere. A meno che ... Ci pensò e ripensò, più e più volte, standosene fuori del tempo; gli capitò persino d'entrarci nel mezzo. Ma ne era dovuto uscire in tutta fretta con uno sforzo non da poco, per non rimanerne impigliato e vivo d'una vita non ancora possibile e vera. Non ne poteva proprio più. Come escogitare un'energia che desse conto d'un'attività - quella del pensare - che nulla aveva a che fare con quella del cosmo costituito da miliardi di anni di sola materia, energia non consapevole? Come dar conto di qualcosa di assolutamente differente da ciò che già si vede, che appare consolidato lì fuori, che i sensi così facilmente recepiscono?
Come pensare a qualcosa che assomigliasse a quel suo pensiero e che persino lo trascendesse? .. Come precedere se medesimo? Si fermò di colpo. Ma sì: ecco lo spiraglio!
Come precedere il mio stesso pensare? Come pensare qualcosa che mi antecede?
Come concepire un universo che manca persino di questo mio fondamentale credere che qualcosa sia posto lì fuori ed esso sia vero ed io con esso, oppure il contrario?
Come inventare un tempo che s'inveri antecedendo se stesso insieme con colui che lo ha inventato?
Aveva trovato qualcosa da cui avrebbe potuto anche procedere. Che cosa? S'interrogava. Ma non riusciva ancora a progettare un alcunché. Ci pensò ancora una volta e poi per milioni e milioni di anni, in un tempo nuovo che tuttavia ancora non era stato generato in modo evidente e consapevole.
Non veniva però per nulla a capo dell'idea appena abbozzata: non riusciva a trattenerla, ad elaborarla, renderla reale. Qualcosa che anteceda. Che sia oltre me. Al di là di Dio. Che cosa? Qualcosa che non c'è. Ma sì ... ecco qualcosa che non c'è!
Qualcosa che manca. Ma allora anch'io non sono quel che sono e quel che penso. Nulla è così com'è. Non esiste neppure la cosa cui credere, quell'idea che desidero emanare: nulla m'impersona.
Si fermò di botto: tutto l'universo che aveva immaginato e che ancora non era, anch'esso si era fermato di colpo in un punto, con l'aprirsi d'un varco. Una mancanza. La mancanza di Dio. La mancanza dell'Essere. Il venir meno del Creatore. Una vibrazione che, invece che uscire da qualcuno o da qualcosa, rientrasse. Ma in che cosa sarebbe rientrata? "In niente", fu la risposta che subito ritornò su se stessa, ricollocandosi in una nuova più feconda disposizione senza sollecitare alcun'altra soluzione.
Una potentissima vibrazione di nulla. Un fortissimo richiamo al mancare. Un'eco profondissima di ritorno incominciò ad emergere. Un suono al negativo; un'assenza immane, un nulla che ondeggiava, una mancanza che si mostrava ... Dio era scomparso. In sua vece una vibrazione che non ne occupava né il posto né la maestà. Un silenzio che subentrava a se stesso. Un segno, un suono, un andirivieni di luci e assenze che transitavano sotto la pelle del mondo giammai creato. Era la vibrazione del niente. Un'antivibrazione, come fu chiamata dopo un tempo che era trascorso quasi all'infinito. Di più: un'antiantivibrazione come un suono che suona all'inverso costituendo una soglia sottostante al piano dell'ascolto consueto. Si fanno simultaneamente evidenti pacchetti  d'una luce speciale che subito si dissolvono privati della loro medesima primigenia illuminazione: ma questa già è incrementata all'infinito d'un mancare nel mezzo similmente a una vibrazione che cessa, s'investe di nulla e si situa oscillando al-negativo.
Da quel momento le creature, a poco a poco, nel giro di milioni e milioni di anni, si videro crescere, evolvere e uscire dalle antiche tane, dalle loro inveterate abitudini, e incominciare a pensare un pensiero sottile, come se da un cervello, da una formidabile neocorteccia s'iniziasse ad emanare la descrizione chiara e l'esistenza - per un lato evidenti e nouminose, ma per un altro in gran parte ancora oscure - d'un universo assai complesso che andava ricercando in ogni sua piega e ad ogni istante quella pulsazione di nulla assente, il solco d'una scintilla che in parte - o forse del tutto - esso aveva perduto, avendola tralasciata fin dal suo principiare; oppure - è un'ipotesi recente - si trattava d'un pensiero, un'entità davvero pregevole, una condizione dell'esistente che ancora non sapeva - o forse non voleva - né pensare né accettare nel profondo del cuore ed entro le cavità abissali del suo capo un universo già pronto a fare a meno di sé e di chi l'aveva creato.

Le corde di Witten

Nel 1984 Edward Witten concepì una nuova teoria fisica il cui principio risiede nel concetto di "corda".


Secondo questa teoria la "materia" sarebbe costituita da un insieme di vibrazioni presenti nella parte più intima della struttura atomica .
Se fosse possibile osservare le particelle elementari, come elettroni e quark, con un ingrandimento centomila miliardi di volte maggiore di quello che è consentito dalle attuali tecnologie, ci accorgeremmo che queste non si presentano come palline ma come linee o anelli sottilissimi o, appunto, come corde vibranti; per avere un'idea delle loro dimensioni basti pensare che un atomo, paragonato a una di queste corde, sarebbe grande quanto un sistema stellare!
In questa teoria le caratteristiche delle particelle, compresi gravitoni, fotoni, bosoni e gluoni sarebbero l'effetto del modo con il quale queste minuscole stringhe possono vibrare, proprio come vibrano le corde di uno strumento musicale. Ciò che le vibrazioni producono, però, non sono note musicali, bensì particelle distinte a seconda delle frequenze di vibrazione. Le interazioni tra le varie particelle si presentano così come una sorta di fusione e scissione di corde.
I ricercatori hanno costruito ben cinque diverse teorie sulle superstringhe che dovrebbero essere forme diverse di un'unica legge in grado di riassumerle tutte, una legge che dovrebbe essere formulata in dieci dimensioni spaziali e una temporale e che dovrebbe essere in grado di unificare la teoria della relatività generale e quella quantistica.
Non sappiamo se questa complicata teoria potrà mai essere espressa da formule matematiche, ma l'intuizione appare straordinaria per procedere nella ricerca della struttura del cosmo.



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