La fisica affronta lo studio dei fenomeni utilizzando diversi approcci. In molti casi gli stessi fenomeni vengono affrontati con approcci diversi alternativi fra loro, altre volte si sceglie un certo specifico approccio perché ritenuto il più adatto allo studio di quel determinato fenomeno, altre volte ancora non si conoscono approcci alternativi a quello utilizzato da tutti. Per proseguire i nostri ragionamenti abbiamo la necessità di approfondire le metodologie utilizzate dalla fisica per affrontare i cosiddetti “fenomeni collettivi” tipici del microcosmo di cui ci stiamo occupando. Per far ciò è inevitabile partire da alcuni concetti di base.
La fisica divide la natura in statica e dinamica e studia entrambe quantitativamente rispetto a ciò che fa la filosofia in merito alle equivalenti nature di “essere”(1) e “divenire”(2).
La fisica attribuisce alla materia proprietà immutabili o mutabili (da misurare quantitativamente) così come la filosofia tratta di “categorie” e “accidenti”(3).
La materia per la fisica ha un contenuto energetico che può essere potenziale o cinetico e può trasferirsi così come in filosofia si parla di “potenza” e “atto”(4).
La fisica, esattamente come la filosofia, fa uso di analisi e di sintesi(5).
La fisica richiede una visione:
- binoculare, dinamica e tridimensionale (dinamica + tridimensionale = quadrimensionale)
- sia microscopica, sia macroscopica dall’immensamente grande verso l’immensamente piccolo fino allo “svuotamento dello spazio” e viceversa
- sia scientifica (esterna all’uomo), sia umanistica (interna all’uomo)
- sia di sistema (collettiva), sia di componente (individuale)(6)
- sia deterministica, sia indeterministica (es. principio di indeterminazione di Eisemberg)
Anche in fisica le verità sono incapsulate(7); fenomeni come l’”effetto tunnel” dimostrano che la teoria classica è incapsulata in quella quantistica; gli esperimenti come quelli fatti con l’uso di acceleratori di particelle, dimostrano che la teoria classica è incapsulata in quella relativistica.
In fisica l’eccezione non conferma di certo la regola; solo per fare un esempio, è grazie alla scoperta del comportamento anomalo dell’elio a temperature inferiori a 2 K che sono cominciati gli studi sui superfluidi. Attualmente i fisici stanno mettendo in dubbio la costanza della velocità della luce postulata da Einstein; indipendentemente dall’esito di questi studi, la sola messa in dubbio del postulato di Einstein chissà quali interessanti scoperte genererà !!!
Nonostante la termodinamica indichi la tendenza naturale dell’universo al disordine, il mondo delle oscillazioni mostra incredibili fenomeni antientropici(8). In fisica i dubbi sono i benvenuti.
I fenomeni collettivi sono quei fenomeni che avvengono grazie alla con-partecipazione di un gran numero di componenti e quindi il cui problema non è quello del comportamento del singolo isolato dal contesto, ma il comportamento dell’insieme. Si tratta di spiegare come fa un gran numero di componenti a cooperare in modo da dar luogo al sistema nel suo complesso. L’organismo vivente è un tipico esempio di sistema complesso.
La fisica classica concepisce tutta la materia come inerte (cioè per muoverla occorre imprimergli una forza) mentre sappiamo benissimo che quella vivente non lo è. Se lascio cadere un orologio esso tocca terra e la cosa finisce lì; se lascio cadere un animale, una volta che ha toccato terra la cosa non finisce così perché l’animale può decidere di aggredirmi, di scappare, brontolare, ecc.. La differenza sta nel fatto che l’orologio (pur essendo un oggetto che si muove) è un oggetto passivo, mentre l’animale è un oggetto attivo. L’orologio al contrario dell’animale, pur muovendosi, ma non è capace di comportamenti spontanei. La fisica quantistica ha fatto molti passi avanti nel cercare di spiegare la fisica degli oggetti in grado di comportarsi spontaneamente proprio perché è in grado di studiare la cooperazione fra i vari corpi presenti nell’universo. Con lo studio dei fenomeni collettivi e dei sistemi complessi, tutti i fenomeni isolati tipici della fisica classica di Galileo e Newton grazie alla fisica quantistica perdono di significato. Con l’avvento della fisica quantistica diventa impossibile isolare i corpi dal resto dell’universo(9). In questo senso è improprio affermare che la fisica quantistica è la fisica del mondo atomico e subatomico dato che è nata proprio per rispondere a questioni inerenti il mondo macroscopico e per spiegare come gli atomi si aggregano e generano sistemi complessi.
Gianfranco Pellegrini
Torino, 20 gennaio 2019
Note
(1) Quello dell’Essere è un concetto che attraversa tutta la storia della filosofia fin dai suoi esordi. Per quanto già posto dalla filosofia indiana sin dal IX secolo a.C., è all’eleate Parmenide che si deve l’aver dato inizio in Occidente a questo lungo dibattito che percorre i secoli e le diverse culture fino ai nostri giorni. L’Essere è quindi uno dei concetti fondamentali, se non il concetto fondamentale, tra quelli elaborati dalla tradizione del pensiero filosofico occidentale. ”L’Essere è e non è possibile che non sia … il Non Essere non è ed è necessario che non sia” (Parmenide).
(2) Il Divenire, inteso come mutamento, movimento, scorrere senza fine della realtà, perenne nascere e morire delle cose, è stato uno dei concetti più importanti su cui si sono contrapposte visioni ontologiche di tipo statico (come quella eleatica) e di tipo dinamico (come quella eraclitea e dell’atomismo leucippeo). Il Divenire è, secondo Eraclito, la sostanza dell’Essere, poiché ogni cosa è soggetta al tempo e alla trasformazione. Anche quello che sembra statico alla percezione sensoriale in verità è dinamico e in continuo cambiamento.
“ … poiché tutto muta, meno la legge del mutamento”. (Eraclito).
“ … poiché tutto muta, meno la legge del mutamento”. (Eraclito).
(3) Per Aristotele le categorie sono i gruppi o i generi sommi che raccolgono tutte le proprietà che si possono predicare dell’essere. Sono i predicamenti dell’essere, che si riferiscono a qualità primarie (le essenze immutabili degli oggetti), o secondarie (gli accidenti che possono cambiare).
Le categorie sono in tutto dieci:
– essenze: la sostanza, la qualità, la quantità, la relazione
– accidenti: il dove, il quando, il giacere, l’avere, il fare, il subire
Ogni elemento della realtà può essere fatto rientrare in una di queste categorie.
Ne consegue che le categorie di Aristotele hanno un valore oggettivo, perché si riferiscono a degli enti concreti. I nostri giudizi le adoperano non soltanto secondo un rapporto puramente logico tipico del sillogismo, ma riunendole grazie alla capacità intuitiva di cogliere le relazioni effettivamente esistenti tra gli oggetti reali. Ma oltre a ciò, ad ognuna delle categorie si riferisce una parte di quei costrutti semantici del discorso che hanno a che fare con il mondo reale: ad esempio, un nome o un sostantivo si riferisce alla categoria di sostanza; gli aggettivi qualificativi alla qualità, quelli indefiniti alla quantità, o alla relazione ecc.
(4) I due concetti di materia e forma sono riportati in Aristotele a quelli di potenza ed atto. Infatti la materia di per sé esprime solo la possibilità, la potenza, di acquisire una forma in atto nella realtà: perché si realizzi questo passaggio per cui ciò che è possibile diventi attuale, occorre che ci sia già una forma in atto, un essere attuato.
È chiaro che il passaggio dalla potenza (materia) all’atto (forma), che costituisce il divenire, è tale da poterlo concepire come senza fine, poiché ogni atto diviene potenza per un atto successivo o meglio, sostiene Aristotele, avrà come termine ultimo un atto che ha realizzato tutte le potenze, tutte le potenzialità materiali e quindi non avrà più in sè nessun elemento materiale (potenza) e sarà allora un atto puro, Dio.
(5) Per Cartesio l’analisi e la sintesi effettuano una operazione di scomposizione e composizione che riguarda la conoscenza.
L’analisi permette di identificare gli effetti dipendenti dalle loro cause, mentre la sintesi procede ripercorrendo e restaurando i rapporti identificati dall’analisi: in termini più generali l’analisi consiste nel dividere il problema conoscitivo nelle sue parti componenti più semplici, con l’avvertenza di non procedere troppo con la scomposizione per non perdere il senso complessivo del problema (il che accadrebbe se lo si frantumasse in parti troppo piccole);
La sintesi consiste nel rimettere assieme le parti analizzate identificando in questo modo la giusta struttura e composizione del problema da risolvere. In Cartesio l’analisi procede con fini euristici mentre alla sintesi è affidata l’esposizione.
Il procedimento euristico è un metodo di approccio alla soluzione dei problemi che non segue un chiaro percorso, ma che si affida all’intuito e allo stato temporaneo delle circostanze, al fine di generare nuova conoscenza. L’euristico è un procedimento antitetico a quello algoritmico.
(6) Collettivo sta a individuale come altruista sta a egoista.
Su questo tema è famoso il “diavoletto di Maxwell”, un esperimento mentale ideato da Maxwell circa la possibilità teorica di un congegno capace di agire a scala microscopica su singole particelle allo scopo di produrre una violazione macroscopica del secondo principio della termodinamica. Questo esperimento ha sicuramente contribuito all’avvio di nuovi interessanti studi nel campo dell’informazione quantistica. In particolare il principio di Landauer prevede che l’eliminazione di bit di informazione produce energia termica non azzerabile in alcun modo confermando così sperimentalmente quanto previsto dal secondo principio della termodinamica inizialmente messo in forse dal “diavoletto”.
(7) Ci sono due proprietà della materia completamente diverse fra loro: infatti la massa gravitazionale, ossia la capacità di una corpo di attrarne (o di essere attratto da) altri, non ha niente a che vedere con la massa inerziale, ossia con la riluttanza di quello stesso corpo a cambiare il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. Eppure quantitativamente la massa inerziale coincide “misteriosamente” con quella gravitazionale e trasferendo un corpo dalla terra alla luna la sua massa gravitazionale (cioè la sua capacità di essere attratta e di attrarre la luna) si riduce notevolmente ma anche la sua massa inerziale (cioè la sua riluttanza a muoversi diversamente) si riduce notevolmente, anzi si riduce esattamente nella stessa proporzione !!! Solo con la teoria della relatività è diventato chiaro che si tratta della stessa proprietà che si manifesta in due diverse forme. Altro esempio di superamento della fisica classica è la possibilità di trasmettere dati mediante l’utilizzo di onde gravitazionali anziché elettromagnetiche come recentemente pubblicato in “Classical and quantum gravity” da un gruppo di scienziati della RUDN university di Mosca.
(8) A tal proposito è famosissimo l’esperimento mentale denominato “Il gatto di Schroedinger”. Si rinchiuda un gatto in una scatola d’acciaio insieme ad una macchina infernale (che occorre proteggere dalla possibilità d’essere afferrata direttamente dal gatto): in un contatore Geiger si trova una minuscola porzione di sostanza radioattiva, così poca che nel corso di un’ora forse uno dei suoi atomi si disintegra, ma è altrettanto probabile che nessun atomo si disintegri; se ciò succede, allora il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto che rompe una fiala con del cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato l’intero sistema per un’ora, se nel frattempo nessun atomo si fosse disintegrato è plausibile che il gatto sia ancora vivo altrimenti la prima disintegrazione atomica lo avrebbe avvelenato. La funzione “PSI” (proporzionale al quadrato della probabilità) dell’intero sistema porta ad affermare che in essa il gatto vivo e il gatto morto non sono stati puri, ma miscelati con uguale peso. Dopo un certo periodo di tempo, quindi, il gatto ha la stessa probabilità di essere morto quanto l’atomo di essere decaduto. Visto che fino al momento dell’osservazione l’atomo esiste nei due stati sovrapposti, il gatto resta sia vivo sia morto fino a quando non si apre la scatola, ossia non si compie un’osservazione.
(9) La questione del corpo inerte in natura è stata oggetto di speculazione filosofica già dal tempo dei pensatori greci. Democrito in linea con la fisica classica concepiva la materia come inerte e il movimento dei singoli atomi generava collisioni (incontri) casuali e caotiche che davano origine agli aggregati. Gli atomi di Epicuro erano invece in grado di muoversi autonomamente (il “clinamen “ di Lucrezio) dando origine ogni tanto a dei “sussulti” e si incontrano; il “Clinamen” (oggi diremmo la fluttuazione) per Epicuro, altro non era che la manifestazione dell’amore di ogni atomo nei confronti di tutti gli altri. Sussultando, un atomo va verso gli altri, li incontra e genera gli aggregati (molecole). Per Democrito la creazione dell’universo necessita di un Dio che provoca una prima spinta a uno o più atomi affinchè collida(no) con altri atomi dando origine agli aggregati. In altre parole per Democrito e per la fsica classica le cose non possono nascere da sole ma hanno bisogno di un Dio. La fisica classica è dunque solo apparentemente laica, perché in realtà ha bisogno di un Dio. Per Epicuro e per la fisica quantistica la materia si muove da sola e non lascia spazio al Padre Eterno a meno di non immaginare un Padre Eterno intimamente amalgamato con la materia (ossia immaginato come attributo della materia).
lowenergies 