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L'universo di Albert Einstein
 Capitolo IV

Mentre la fisica quantistica definisce con grande accuratezza le relazioni matematiche che governano le unità fondamentali della radiazione e della materia, d'altra parte essa oscura la vera natura di ambedue. Molti tra i fisici moderni, però, considerano piuttosto ingenuo lo speculare sulla vera natura di qualsiasi cosa. Essi sono «positivisti», oppure «empiristi logici», i quali stimano che uno scienziato non può far nulla di più che render conto delle sue osservazioni. E cosi se eseguisce due esperimenti con strumenti diversi di cui uno gli sembra rivelare che la luce è costituita di particelle e l'altro che la luce è composta di onde, egli deve accettare ambedue i risultati, considerandoli non contraddittori ma complementari. Preso isolatamente, nessuno dei due è sufficiente a spiegare il fenomeno, ma insieme si. Ambedue sono necessari per descrivere la realtà ed è inutile domandare quale sia quella vera. Perché nel campo astratto della fisica quantistica non esiste la parola «realtà». 

È futile, inoltre, sperare nell'invenzione di strumenti più delicati i quali permettano all'uomo di penetrare più addentro nel microcosmo. Esiste una indeterminazione in tutti gli avvenimenti dell'universo atomico, che nessun perfezionamento delle misure e delle osservazioni potrà mai superare. Il comportamento capriccioso dell'atomo non può essere attribuito all'inadeguatezza degli strumenti di cui l'uomo si serve per studiarlo. L'ostacolo risiede nella vera natura delle cose, come fu dimostrato da Heisenberg nel 1927 con la sua famosa enunciazione della legge fisica conosciuta come il « principio di indeterminazione ». Per illustrare questa tesi Heisenberg si figurò un esperimento immaginario nel quale un fisico tenta di osservare la posizione e velocità (') di un elettrone in moto, impiegando un potentissimo supermicroscopio. Ora, come già si è accennato, un singolo elettrone sembra che non abbia né posizione, né velocità definite. Il fisico può stabilire accuratamente il comportamento di un elettrone solo trattando con un gran numero di essi. Quando, invece, cerca di localizzare un particolare elettrone nello spazio, egli potrà dire solamente che un certo punto nell'insieme dei moti ondulatori del gruppo di elettroni rappresenta la « probabile » posizione dell'elettrone in questione. Il singolo elettrone è un oggetto confuso, indeterminato, come il vento o l'onda sonora nella notte, e quanto minore è il numero degli elettroni con cui il fisico ha a che fare, altrettanto più indeterminate risultano le sue scoperte. A provare che questa indeterminazione è un sintomo non della immatura scienza umana, ma di una insormontabile barriera della natura, Heisenberg ha supposto che un immaginario microscopio, adoperato da un altrettanto immaginario fisico, possa avere un ingrandimento fino a cento miliardi di diametri, cioè tanto da portare un oggetto, che abbia le dimensioni di un elettrone; entro il campo della visibilità umana. Ma qui si presenta un'altra difficoltà. Essendo l'elettrone più piccolo dell'onda luminosa il fisico può « illuminare » il suo soggetto soltanto impiegando radiazioni di lunghezza di onda più corta; anche i raggi X non possono servire. L'elettrone può esser visibile solo con i raggi gamma ad alta frequenza del radio. Ma l'effetto fotoelettrico, si ricorderà, ha dimostrato che i fotoni di luce ordinaria esercitano una forza violenta sugli elettroni, ed i raggi X li colpiscono in modo ancora più violento. Quindi I'urto di raggi gamma ancor più potenti risulterebbe disastroso.

Il principio di indeterminazione afferma quindi che è assolutamente e per sempre impossibile determinare allo stesso tempo la posizione e la velocità di un elettrone, -- stabilire sicuramente che un elettrone è «proprio Ia in quel certo luogo» e si muove a «tale o talaltra velocità». Perchè, nello stesso momento in cui si osserva la sua posizione, la sua velocità è già cambiata, ed inversamente, con quanta maggior precisione viene determinata la sua velocità, tanto più indefinita diventa la sua posizione. E quando il fisico calcola il limite matematico di incertezza nelle misure della posizione e velocità di un elettrone, egli trova che è sempre una funzione di quella misteriosa quantità: la costante h di Planck. 

La fisica quantistica ha cosi demolito due colonne della vecchia scienza: causalità e determinismo. Perché trattando in termini di statistica e di probabilità si abbandona ogni idea che la natura proceda con una inflessibile sequenza di cause ed effetti. Ammettendo tali margini di incertezza si preclude I'antica speranza che la scienza, dato lo stato presente e la velocità di ogni corpo materiale nell'universo, possa prevedere tutta la storia dell'universo. Un corollario di questa rinunzia è un nuovo argomento per I'esistenza del libero arbitrio. Se è vero che gli eventi fisici sono indeterminati e quindi il futuro non si può predire, allora forse la misteriosa entità che diciamo « mente » può ancora guidare il destino umano fra le infinite incertezze di un capriccioso universo. Ma questo concetto invade una zona del pensiero con la quale il fisico nulla ha a che fare. Un'altra conclusione di grande importanza scientifica consiste nell'evoluzione della fisica quantistica. La barriera fra l'uomo, il quale scruta timidamente attraverso le limitate capacità dei suoi sensi, e qualsiasi realtà obiettiva che possa esistere, è diventata quasi insormontabile. Infatti ogni volta che egli tenta di penetrare e scrutare nel « reale » mondo obiettivo, cambia ed altera il meccanismo di esso per il solo fatto di doverlo osservare. E quando tenta di separare questo mondo « reale » dalle percezioni dei suoi sensi, non gli rimane che uno schema matematico. Egli si trova dunque nella posizione di un cieco il quale tenta di discernere la forma e struttura di un fiocco di neve. Appena tocca con le dita o la lingua il fiocco di neve, questo si scioglie. Un elettrone, un fotone, un'onda di probabilità, non possono essere visualizzati; essi sono semplici simboli utili per rappresentare le relazioni matematiche deI microcosmo.

Alla domanda: perché la fisica moderna impiega metodi descrittivi cosi esoterici, il fisico risponde: perché le equazioni della fisica quantistica definiscono più accuratamente di ogni modello meccanico il fenomeno fondamentale che oltrepassa i limiti della visione. In altre parole tali metodi « funzionano », come hanno provato in modo spettacoloso i calcoli che hanno condotto alla bomba atomica. Il fine del fisico pratico è, quindi, quello di enunciare le leggi di natura in termini matematici sempre più precisi. Mentre i fisici del XIX secolo si figurarono l'elettricità come un fluido e, seguendo questa metafora, svilupparono le leggi che hanno condotto alla nostra èra elettrica, il fisico del ventesimo secolo rifugge da tali metafore. Egli sa che la elettricità non è un fluido, sa che i pittoreschi concetti quali « onde » e «   particelle », mentre servono di guida a nuove scoperte, non possono essere accettati come una vera rappresentazione della realtà. Nell'astratto linguaggio della matematica egli può descrivere come si comportano le cose anche se non conosce -- o gli importa di conoscere -- ciò che esse sono . 

Esistono però al giorno d'oggi dei fisici per i quali l'abisso fra scienza e realtà costituisce una sfida. Einstein ha più di una volta espresso la speranza che il metodo statistico della fisica quantistica sia un espediente temporaneo. « Io non posso credere » confessa « che Dio giochi a dadi col mondo ». Egli ripudia la dottrina positivista per la quale la scienza possa solo riferire e collegare i risultati delle osservazioni. Crede, invece, in un universo di ordine e di armonia e pensa altresì che con la ricerca I'uomo possa ancora raggiungere una conoscenza della realtà fisica. A questo scopo egli non ha guardato nell'interno dell'atomo, ma all'esterno, alle stelle, ed ancora al di Ia di esse nelle infinite profondità dello spazio e del tempo. 

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 (1) In fisica il termine «velocità» indica tanto direzione quanto velocità vera e propria. 

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