L’immagine del mondo, Erwin Shroedinger

Mentre Erwin Shroedinger vinceva il premio Nobel per la fisica per i suoi fondamentali contributi allo studio della meccanica quantistica, era un po’ preoccupato.

Infatti, la meccanica quantistica offre di certo l’indubbio vantaggio di funzionare così bene da stare alla base di importanti invenzioni tecnologiche come televisori, microonde, lettori CD e DVD e telefoni cellulari, luci al LED, laser, risonanza magnetica, tomografia e, forse un giorno, reattori a fusione che usino l’acqua come carburante.
Tuttavia, offre lo svantaggio non da poco di sfuggire a una spiegazione razionale che la renda pienamente comprensibile. Infatti, è possibile prevedere con dovizia di dettagli i risultati degli esperimenti ma quello che proprio non si riesce a capire è perché si ottengano quei risultati.

Tutto quello che è possibile fare è calcolare le probabilità degli eventi, ma non le ragioni.

Fino a circa un secolo fa, l’universo era fatto a forma di orologio.

Dentro questa macchina perfettamente funzionante Dio stesso aveva nascosto nella notte le sue leggi perché Newton le trovasse. E tutto fu luce.

Le leggi che regolano il funzionamento della natura diventarono chiare come scritte su una lavagna luminosa tanto che, conoscendo la posizione e lo stato di un corpo divenne possibile prevedere i suoi movimenti con una precisione che non ha trovato l’eguale in nessun altro ramo della scienza.

Si poté quindi conoscere e prevedere con esattezza il destino dei corpi.

Infatti, le leggi di Newton consentono di predire con assoluta certezza la sorte di una mela che si stacca da un ramo e calcolare in che modo, da 384000 chilometri dalla terra, la luna attragga le maree, gli ululati dei lupi e le malinconie dei poeti romantici.
Il funzionamento di questo bel meccanismo a orologeria era così perfetto che Dio stesso, dopo averlo creato, sembrava doverci restare intrappolato perché non avrebbe più potuto cambiarlo.

Però, si sa, l’uomo è più esigente di Dio e di questa bella macchina perfettamente funzionante si è stancato presto.

La meccanica quantistica ci libera dalla deprimente idea di un universo fatto a ingranaggi, dove è possibile sapere tutto ciò che accadrà e conoscere prima il destino di ogni cosa. Il destino stesso, almeno come concetto scientifico, ha la sua data di fine nei primi decenni del secolo scorso.  Infatti, se dalle mele e le Lune si passa a corpi abbastanza piccoli da costringere gli scienziati a spiarli dal buco della serratura dei microscopi e mettersi a ragionare in nanometri, che è la scala di atomi e molecole allora, come per magia, le predizioni non valgono più e l’orologio smette di funzionare.

A 10 alla meno 9 milionesimi di millimetro si entra, infatti, nel regno quantistico.
Dentro questo regno, le mele non cadono più dagli alberi.

Le particelle più piccole dell’atomo si comportano in maniera del tutto imprevedibile tanto che, più che come un frutto, si regolano come uno sciatore che, di fronte a un bivio, decide di prenderlo e, nel dubbio di quale strada prendere, passa contemporaneamente da entrambe.
Tuttavia, non c’è nano specialista che possa spiegare esattamente le ragioni di questo comportamento imprevedibile anche perché, per quanto si cerchi di fare miracoli per spiare la particella con occhi sempre più perfezionati e costruiti su misura, non è possibile osservarla senza influenzare il suo comportamento. Infatti, per voler guardare troppo si finisce per guardare peggio dato che si è costretti a dare o prelevare una quantità di energia tale da alterare il sistema come se, per vedere se una stanza è buia, si fosse costretti ad accendere la luce.
In ogni caso, è impossibile prevedere con esattezza il comportamento di una singola particella perché condizioni iniziali identiche non conducono sempre all’identico risultato ma solo alla stessa statistica dei risultati.

Tutte le previsioni della meccanica quantistica hanno il carattere di una legge statistica, la cui precisione è straordinariamente grande solo per il numero enorme di oggetti che entrano in azione. Di fatto, sono le leggi del caso che determinano l’esattezza con cui una legge naturale si realizza. Tutto quello che può fare la meccanica quantistica è calcolare con assoluta precisione l’influenza nello spazio di una particella che non si può vedere e fare previsioni di tipo matematico ma di intenzione quasi poliziesca come farebbe la polizia con un ladro appena uscito di prigione del quale, senza sapere esattamente dove si trovi, riesca comunque a  indovinare le probabilità della sua nuova ondata di crimini in base al punto in cui è stato visto l’ultima volta.

Quest’onda di probabilità è descritta dalla funzione d’onda di Shroedinger, che calcola in maniera acrobatica le previsioni di eventi quantistici.
Tuttavia, solo nei grandi numeri è possibile osservare una costanza nel comportamento. In un caso concreto, se si esegue su un punto materiale molte volte la stessa operazione e sempre esattamente la stessa, non si ottiene sempre lo stesso risultato tanto che è impossibile riuscire a prevedere il futuro con sicurezza.

A questo si dà il nome di principio di indeterminazione.

Tale principio somiglia alla legge formulata da Amleto sulla caduta dei passeri, per la quale esiste una speciale provvidenza che la regola secondo il principio che “se è per ora non sarà poi, se non sarà poi è giunta l’ora, se poi non è l’ora, comunque sarà. L’importante è essere pronti”.

Gran parte della malinconia del principe di Danimarca deriva dallo strano imbroglio del suo stesso destino che lo obbliga a conoscere, senza che lui senta di essere nato per questo perché la verità che si annida dentro la natura non è pane per i denti della ragione. Per questo prova un certo disgusto nei confronti della conoscenza, si stanca facilmente della verità e l’unico evento che gli attenua leggermente gli spasmi della malinconia è l’arrivo di una compagnia di attori.
A causa del principio di indeterminazione, l’impossibilità di sapere esattamente cosa succeda all’interno di quella stessa natura che i fisici, per mestiere, sono chiamati a conoscere fa spesso della meccanica quantistica una scienza frequentata da Amleti.

Nel 1925 Wolfgang Pauli, in preda alla disperazione, scriveva: “La fisica è al momento di nuovo in completa confusione; e in ogni caso è troppo difficile per me e vorrei tanto essere un attore comico o qualcosa del genere e non aver mai sentito parlare di fisica al mondo”.

Era di fronte a queste inquietudini da principi di Danimarca che Shroedinger era un po’ preoccupato.

Al pari di Amleto che, colpito da un brutto attacco di nichilismo a trent’anni vorrebbe rifugiarsi dentro l’università di Wittemberg ma un fantasma che porta il suo nome lo costringe a razzolare nel marcio della Danimarca per ritrovare il bandolo di una qualche verità che rimetta un po’ in sesto le cose, allo stesso modo Erwin Shroedinger, sapendo che è impossibile dare una spiegazione perfettamente logica di come funziona la natura, anche lui fu  tentato di rinunciarvi e di ritirarsi al calduccio della matematica pura senza il bisogno di scoprire com’è fatta la verità.

Del resto, la meccanica quantistica funzionava già così bene che la maggior parte dei fisici non ritenevano necessario darsi tanta pena per dare del somaro a Newton e smettere di credere che l’universo era fatto a orologio solo per poter dire, forse, un giorno che è fatto a imbuto e, invece che a cerchi, è a strisce o a pois.

In fondo, la prima cosa che la scienza dovrebbe insegnare, prima ancora del formato del mondo, è un po’ di buon senso.

Dato che non è possibile spiegare il comportamento della natura, anche solo porsi la domanda fu considerata da molti una perdita di tempo che solo i filosofi potevano permettersi, mentre la fisica avrebbe fatto meglio ad occuparsi solo di ciò che si può dire, rischiando così di dire solo ciò di cui si occupa. Tutti i tentativi di trovare un’immagine fisica del mondo quantistico furono visti come un futile tentativo di tornare al vecchiume del modo di pensare newtoniano.
Inoltre, visto che l’osservazione influenza i risultati degli esperimenti, alcuni negarono persino l’esistenza di una realtà oggettiva che esistesse anche in assenza di osservatori. Per altri, più concreti, esistono tante realtà per quanti sono gli osservatori. Per altri ancora, non esiste niente. Solo ciò che può essere osservato.

Se si chiudesse un gatto in una scatola con dentro un veleno, non potendo dire da fuori se in un dato momento sia ancora vivo o morto, ma solo calcolare le probabilità dei due eventi in base alla sua funzione d’onda, non si potrebbe dire altro che il gatto è vivo e morto nello stesso tempo secondo la disperata ipotesi della sovrapposizione di stato. Anzi, per essere più precisi, non si dovrebbe neanche parlare di gatto, ma solo della sua funzione d’onda, cioè un insieme di numeri.

Questo, per Erwin Shroedinger, era veramente troppo.

Sarebbe difficile, una volta aperta la scatola, convincere il gatto di essere stato vivo e morto nello stesso momento. Era evidente che il problema di non riuscire a vedere il suo stato non potesse stare nel gatto, ma nella vista.
Per quanto le equazioni differenziali e le ricette matematiche potessero soddisfare gli istinti di uomini razionali dei fisici, Shroedinger, al pari di Amleto, sentiva di non  potersi rifugiare dentro questi soliloqui scientifici da università di Wittemberg, popolati solo di fermioni, bosoni, quark, leptoni, fotoni, elettroni, gluoni e ancora positoni, neutrone, neutrino, nucleoni, mesoni, neutretti, bosoni, deutoni, barioni, gravitoni, ecc.

In fondo, nonostante abbiano ricevuto l’appalto quasi esclusivo della ragione umana, Erwin Shroedinger sentiva che i fisici sono uomini come tutti, almeno dalla testa in giù, e non odalische nell’harem della scienza che, quando smette  di restare in contatto con il suo ambiente culturale, come un’isola sradicata, allora è scienza sprecata.

Stanco dell’eccessiva modernità delle teorie, Erwin Schroedinger decise di tornare ad essere un po’ più all’antica.

Per farlo ripartì dall’inizio.

Molto prima che un mestiere, la scienza è stata la scoperta di un nuovo modo di pensare che non è un istinto innato della ragione ma fu storicamente  inventato in un arcipelago di isole dove alcuni marinai e commercianti di lingua greca furono costretti a sfumare di ragione i problemi pratici che presentava loro la natura e avere mani e occhi abbastanza profondi da inventare nuove tecniche, trovare metodi, perfezionare la navigazione, sistemare i porti, costruire banchine, magazzini, condutture d’acqua, ecc.

Per questo furono costretti a inventare una ragione fatta su misura e, sforzandosi di credere meno possibile che i fenomeni della natura fossero mossi dai capricci oscuri di spiriti e fantasmi che infestavano il mondo con le loro forze irrazionali, diedero inizio a uno dei più grandi avvenimenti della storia del pensiero, cioè all’ipotesi del tutto nuova che, per chi si fosse dato abbastanza pena di osservarlo nel modo dovuto, il mondo potesse essere compreso.
Con i loro ferri del mestiere di Greci, ebbero la brillante idea di pensare per la prima volta che, nonostante fosse un meccanismo piuttosto complicato, la natura funzionasse in base a leggi costanti che erano curiosi di conoscere.
Infatti, diversamente da altre teorie, come quella dell’Upanisad, per cui la conoscenza è un’esperienza mistica di unificazione di tutti gli spiriti in un unico spirito, loro scelsero di pensarla diversamente e di mostrare un certo talento per l’osservazione. L’ipotesi che la natura possa essere compresa è, senza dubbio, l’atteggiamento fondamentale della scienza.
Tuttavia, nonostante le vaste dimensioni della teoria, anche le zone estreme dell’astrazione sulla costruzione fisica del mondo hanno sempre rivelato tracce dell’origine pratica da cui la scienza proviene e trovato  espressione in concetti capaci di influire sulla comunità e diventare parte integrante dell’immagine generale del mondo reale.

Per mondo reale questi Greci intendevano semplicemente quella parte delle sensazioni comuni che non appartengono allo mondo privato dei sogni, ma sono esperienze che si sovrappongono a quelle degli altri durante il giorno che, diversamente dalla notte, è di tutti.
Il mondo reale, quindi, non è altro che un’immagine formata dalle parti sovrapposte delle coscienze di ognuno e da quell’insieme di sensazioni comuni che formano la vita numerosa dello spirito.

E’ ovvio che, dentro questa immagine del mondo, lo spirito stesso che osserva, che sente e che pensa non può essere presente perché si trova dalla parte al rovescio dell’occhio ed è l’unico a restare escluso dalla realtà che guarda da dietro il suo stesso sguardo.
Eppure non può essere altrimenti. Lo spirito non può essere presente nell’immagine del mondo che si rappresenta perché, in fondo, lui stesso è questa immagine del mondo. Coincide con la realtà, che è la porzione comune e sovrapposta di tutte le sue esperienze e sensazioni, perciò non può esserne una parte.

Era questo il motivo per cui, mentre la fisica abbandonava l’idea di capire com’è fatto il mondo, Erwin Shroedinger era un po’ preoccupato.
Infatti, senza un’immagine del mondo, lo spirito stesso non può avere forma.

“Ciò che è in gioco oggi, molto più importante dell’eventuale decisione per questa o quella veduta, è il pericolo di un restringimento progressivo del campo della nostra visione, una sorta di glaucoma mentale” perché la forma del nostro mondo è la forma stessa del nostro spirito.

Forse, per questa sua preoccupazione, può darsi che anche lui, a volte, si sentisse malinconico e provasse la sensazione che le ampie pareti della scienza, l’infinità dei mondi, le zone estreme dei numeri e delle forme, le distese immense dei possibili orizzonti corressero il rischio di diventare non più grandi della Danimarca della quale, nonostante i suoi vasti confini, il principe Amleto non poteva dire altro che fosse la peggiore delle prigioni.