Negli ultimi decenni, di frequente, abbiamo sentito parlare di “fisica” o di “meccanica quantistica”, con riferimento agli ambiti più disparati e diversificati. Attualmente essa è considerata la teoria meccanica più completa, per poter comprendere il comportamento della materia, la radiazione e le reciproche interazioni, partendo dai fenomeni propri dell’energia atomica e subatomica, campi in cui le teorie fisiche classiche si erano mostrate molto lacunose e poco soddisfacenti. Si può dire che la fisica quantistica, insieme alla teoria della relatività, rappresenti la linea di confine tra la fisica classica e quella moderna, risultando fondamentale per lo sviluppo di altre branche della fisica, come la fisica atomica, la fisica nucleare e subnucleare, nonché la fisica delle particelle.
La nascita della vera e propria “teoria dei quanti” si fa risalire al talento del fisico danese, Niels Bohr, nel 1913, con l’elaborazione di un modello empirico che avesse la capacità di riunire i risultati, fino ad allora acquisiti, sulla stabilità dell’atomo di idrogeno e del suo spettro di emissione. I pregressi studi, infatti, come la famosa “equazione di Rydberg”, avevano contribuito alla codificazione delle regole formali da parte di Bohr. Il fisico danese riuscì a calcolare i livelli energetici dell’atomo di idrogeno, potendo dimostrare che, grazie all’utilizzo di tale sistema, un elettrone non avrebbe potuto assumere qualsiasi valore di energia, ma soltanto alcuni precisi valori derivanti da una proporzione matematica, anche se restava ancora da conoscere i motivi per i quali l’elettrone riuscisse a percorrere solo alcune particolari traiettorie chiuse. Alcuni anni dopo, nel 1924, il fisico francese Louis de Broglie formulò l’ipotesi , secondo la quale l’elettrone, oltre a costituire un corpuscolo, assumesse anche un comportamento “ondulatorio”, manifestandosi in fenomeni di evidente interferenza. Nei due anni successivi, Heisenberg e Schrodinger delinearono rispettivamente la “meccanica delle matrici” e la “meccanica ondulatoria” che, in realtà, non sono altro che due tipi differenti di espressione della meccanica quantistica. Un’ulteriore ed importante svolta fu compiuta nel 1948 da Richard Freyaman che ebbe la felice intuizione di capire come una particella quantistica potesse percorrere tutte le possibili traiettorie lungo il suo moto e come i relativi diversi “cammini” formassero interferenze in grado di provocare un movimento ondulatorio. Questa prodigiosa intuizione avrebbe aperto la strada ad interpretazioni sconvolgenti ed applicabili perfino a fenomeni ritenuti “paranormali” o comunque border line tra la realtà e la fantasia. Di straordinaria importanza si rivelò la scoperta della cosiddetta “legge di Planck”: l’estensione del concetto di “quanto-luce” a quello di “quanto d’azione” con il conseguente progressivo abbandono del principio di “continuità” tanto acclamato dalla fisica classica da essere considerato alla stregua di un dogma.
Dal punto di vista sostanziale, è innegabile che vi siano grandi differenze tra la fisica classica e quella quantistica, abbracciando dispute che non si limitano alle discipline squisitamente scientifiche, ma che coinvolgono anche settori filosofici ed epistemologici. Allo scopo di risolvere alcuni nodi fondamentali, sono state elaborate ulteriori interpretazioni della fisica quantistica, anche con l’idea di armonizzare la stessa con alcuni principi della fisica classica, con risultati per la verità insoddisfacenti. In particolare, non è stato mai del tutto risolto il problema della “quantizzazione”, secondo il quale ogni stato è rappresentato da un vettore dello spazio di Hilbert (dal nome dello scienziato ideatore), non potendosi determinare fra tutti i possibili spazi di Hilbert, quale dovrebbe essere scelto preferibilmente, alla presenza di specifiche condizioni. I postulati si sono limitati, in maniera forse troppo semplicistica, ad affermare che esiste una “mappa” utilizzabile dai rispettivi operatori, senza stabilire in maniera adeguata come si possa fissare la corrispondenza tra ciò che è osservabile e l’operatore preposto. Al giorno d’oggi, la comunità accademica è arrivata, in linea generale, alla conclusione che, nonostante gli entusiasmi del XX secolo, la fisica quantistica non sia ancora in grado di descrivere tutti i fenomeni fisici, a partire dal grande problema rappresentato dalla sua incompatibilità con i postulati della “relatività ristretta” e “generale”. Alcuni studiosi hanno, comunque, tentato di generalizzare i principi della meccanica quantistica, cercando di armonizzarli con il quadro complessivo della relatività ristretta, generando la cosiddetta “teoria quantistica dei campi”.
Seguendo una visione superficiale ed approssimativa, la fisica quantistica potrebbe sembrare una disciplina scientifica come un’altra. Tuttavia, le sue peculiarità sono davvero molteplici, al punto che viene spontaneo chiederci quali siano gli elementi che la rendono così affascinante. Prima di tutto ad accrescere la sua attrattiva, è la possibilità di applicarla in numerosi campi: dai laser alla risonanza magnetica, giusto per fare qualche esempio. E negli ultimi anni, alcune teorie legate alla meccanica quantistica sono entrate anche nella cultura di massa, influenzando opere letterarie, cinematografiche e perfino artistiche. La particolarità che più risalta agli occhi dell’analista è la sua natura di Giano Bifronte: secondo la fisica quantistica, come già accennato in precedenza, tutte le particelle avrebbero una doppia natura, comportandosi sia come corpuscoli che come onde. Mentre la fisica classica presenta caratteri di più marcata “prevedibilità”, la meccanica quantistica ci riporta verso il “caos primordiale”. Secondo i suoi principi, infatti, più si conosce l’esatta posizione di una particella, tanto più incerto diventa il calcolo della sua velocità, tendendo a sconfessare i postulati e le convinzioni degli scienziati classici. A tale proposito, è necessario richiamare l’importanza del principio di “indeterminazione”, formulato dal fisico Heisenberg, secondo cui, procedendo ad una misurazione, siamo in grado di stabilire soltanto la probabilità che l’elettrone si trovi in un determinato punto, a causa di quel fenomeno che viene comunemente chiamato della “sovrapposizione degli stati quantistici”. E’ come se l’elettrone, al momento della misurazione, collassasse in un singolo stato, con la sorprendente conseguenza che lo stesso scienziato osservatore del fenomeno, attraverso gli strumenti di misura a sua disposizione, contribuirebbe alla creazione della realtà alla quale sta assistendo.
Un altro fenomeno peculiare della meccanica quantistica è il cosiddetto “effetto tunnel”, ovvero il fatto che le particelle abbiano in sé la straordinaria capacità di superare una barriera, come se si trattasse di un ectoplasma che attraversa la consistenza di un muro. Questa propensione forse spiegherebbe il decadimento delle sostanze radioattive che sarebbe originato proprio dalle particelle che superano una barriera energetica all’interno dei nuclei. La circostanza ancora più sorprendente è rappresentata dal cosiddetto “intreccio”, conosciuto con l’appellativo anglosassone di “entanglement”. Per comprendere appieno la dinamica di questo fenomeno, si possono prendere due fotoni in “sovrapposizione di stati” paragonandoli a due monete che girano all’infinito, mostrando entrambi i lati. Se queste due monete fossero portate ai lati opposti dell’universo, secondo le teorizzazioni della meccanica quantistica, effettuando la misura su una della due e visualizzandone un determinato lato (testa o croce), anche l’altra moneta, posizionata nel lato opposto, risulterebbe nella stessa posizione. Questa proprietà davvero sconvolgente è alla base per poter concepire la possibilità di attuare un “teletrasporto quantistico”, non più come una semplice fantasia alla “Star Trek”. Le informazioni del fotone di partenza verrebbero trasferite nel fotone destinatario, grazie all’intermediazione dei fotoni intrecciati. In realtà si tratterebbe più di un trasferimento di “informazioni” che di una vera e propria trasposizione di “materia”.
E’ stato sottolineato che, però, la meccanica quantistica non riesce a spiegare nei dettagli in che cosa consista una “misurazione”. Ad esempio, nell’esperimento della doppia fenditura con singoli fotoni, il risultato più ragguardevole che si possa ottenere consiste nella verifica delle previsioni probabilistiche con metodi matematici. Nel 1979 fu compiuta a Londra un’importante simulazione da parte di Chris Dewdney e del suo staff. Gli analisti britannici furono capaci di creare i presupposti necessari per sperimentare la teoria delle traiettorie di particelle che attraversano la doppia fenditura. Negli ultimi anni, la ricerca è andata avanti ed i fisici sperimentali hanno verificato che tali traiettorie esistono davvero, anche se si sono avvalsi di una tecnica molto contestata e non ritenuta del tutto attendibile dal mondo accademico, prendendo la significativa denominazione di “misurazione debole”. Un ulteriore passo importante è stato fatto dall’Università di Vienna che, testando le precitate teorie, è riuscita ad inviare molecole sempre di più grandi dimensioni attraverso la doppia fenditura.
La fisica quantistica ha aperto la strada alle più disparate speculazioni, sostenendo progressivamente l’ipotesi della possibile esistenza di “universi paralleli”, da intendere non più come ricostruzioni meramente fantasiose o romanzate, ma portate avanti come plausibili anche da una parte della comunità scientifica. Uno studio approfondito in tal senso è stato compiuto dai ricercatori della Griffith University di Brisbane, in Australia, in collaborazione con alcuni studiosi statunitensi. Gli esprimenti, seppure condotti in maniera rigorosa, ovviamente, non hanno potuto dimostrare l’esistenza materiale di realtà parallele, abitate da nostre copie su pianeti con caratteristiche sovrapponibili a quelle che conosciamo, fornendo solo una formulazione matematica ipotetica dell’esistenza di altri mondi. In più, secondo alcuni scienziati, l’esistenza di queste realtà parallele che, invece di non incontrarsi mai, sarebbero in grado di influenzarsi reciprocamente, potrebbe consolidare gli stessi fondamenti scientifici della meccanica quantistica, con particolare riferimento al mondo invisibile degli atomi e di tutto ciò che si può concepire ancora di più ridotte dimensioni. La fisica moderna, pertanto, potrebbe arrivare a sostenere la cosiddetta teoria del “multiverso”, postulando in via teorica l’esistenza di altri universi coesistenti al di fuori del nostro sistema spazio-temporale, nel linguaggio comune chiamati “dimensioni parallele”. Il termine “multiverso” fu coniato, ricorrendo ad un inedito neologismo, dallo scrittore e psicologo americano Wlliam James, diventando in seguito l’emblema per la costruzione di un nuovo genere di letteratura fantastica. Il concetto di multiverso è stato per la prima volta spiegato in maniera coerente da Hugh Everett nel 1957, adattando alcuni studi pregressi nel campo della stessa meccanica quantistica. Di seguito, ciò è stato sostenuto come possibile conseguenza di alcune applicazioni scientifiche, in particolar modo della teoria delle stringhe e dell’inflazione caotica, denominata anche “teoria delle bolle”. E’ necessario ricordare che, dal punto di vista filosofico, la possibile esistenza del “multiverso” affonda radici antiche, in quanto la “pluralità di mondi” simili alla Terra era stata già intravista dagli atomisti greci, trovando un certo rafforzamento con la rivoluzione copernicana che riconosceva l’immensità dell’universo e contestava i principi aristotelici, seppure con metodi ancora non sofisticati come quelli dell’età contemporanea. La scoperta successiva dell’esistenza di miliardi di galassie sembrava confermare le idee di uno dei più grandi precursori dell’idea moderna del “multiverso”, il filosofo rinascimentale Giordano Bruno, ingiustamente condannato al rogo dall’Inquisizione della Chiesa di Roma per le sue idee innovative. La comunità accademica ufficiale, tuttavia, colloca la “teoria del multiverso” tra le “scienze di confine”, nonostante sia stata strenuamente difesa da illustri scienziati moderni come Hawking, Weinberg, Green, Kaku, Turok , Vilenkin, Simolin ed altri. Ciascuno dei precitati studiosi ha elaborato e presentato al pubblico un diverso modello di multiverso, pur concordando sulle linee principali della teoria fondamentale. Una parte più tradizionalista dei fisici classici ha ritenuto il concetto di “multiverso” addirittura dannoso per la fisica teorica nel suo complesso, in quanto i suoi postulati si articolerebbero in una sorta di “pseudoscienza”, ovvero come mera speculazione non confermabile con dati sperimentali.
Dal punto di vista cosmologico, l’ipotesi relativa all’esistenza di universi paralleli potrebbe essere adoperata allo scopo di risolvere il misterioso dilemma del “fine tuning” (traducibile in “regolazione fine” o “perfetto accordo”) nei confronti dello svilupparsi della vita. E’ stato osservato, infatti, che alcune costanti naturali del nostro universo sono armonizzate proprio per consentire l’esistenza di diverse forme di vita e che una loro modestissima variazione avrebbe reso questa evenienza del tutto impossibile. Alla luce di questa valutazione, alcuni scienziati ritengono che vi siano innumerevoli universi regolati da leggi fisiche diverse e che soltanto un piccolo numero di essi sia adatto ad ospitare esseri viventi. Gli studiosi hanno individuato una serie di parametri “finemente regolati”, tra cui possiamo menzionare la densità dell’energia oscura, l’intensità delle forze fondamentali (gravità, elettromagnetica, nucleare forte e debole), la massa delle particelle e le caratteristiche delle dimensioni spaziali/temporali. In sintesi, si può affermare che se la combinazione dei precitati parametri fosse stata anche lievemente diversa, non sarebbe stato possibile lo sviluppo della vita nel nostro universo, perché gli atomi sarebbero rimasti stabili e, di conseguenza, non si sarebbero formate le stelle, nè tanto meno le molecole di carbonio, indispensabili per la formazione degli organismi biologici. In quest’ottica, la teoria degli universi paralleli rappresenta una “terza via” per spiegare filosoficamente l’armonia dell’universo, rispetto a quelle che sono considerate solo “coincidenze fortuite” (il caos) ed al “progetto intelligente” che presuppone a monte un intervento divino, o comunque soprannaturale. Seguendo l’ipotesi del “multiverso”, come si accennava in precedenza, sono stati ideati parecchi soggetti letterari e cinematografici, più o meno con il comune denominatore di raccontare l’evolversi di eventi interconnessi tra vari mondi o tra dimensioni coesistenti, superando le barriere del tempo e dello spazio a cui sembrano essere legati tutti i nostri sensi.
Come spesso è accaduto nella storia della civiltà umana, numerose scoperte scientifiche sono state verificate, quando alcuni studiosi con caparbietà hanno deciso di muoversi ai margini della scienza considerata ufficiale, troppo spesso manipolata dal potere politico e da quello religioso. A volte le conseguenze di alcune intuizioni sono assolutamente imprevedibili e possono portare ad un percorso conoscitivo ed epistemologico, fino ad un certo momento storico, del tutto inimmaginabile. Lo stesso Einstein, ad esempio, non poteva prevedere che la sua “teoria della relatività”, nel futuro, avrebbe potuto facilitare molteplici funzioni della vita quotidiana, come quella del “GPS”. Nell’universo esistono ancora molte regioni sconosciute e l’aspetto gnoseologico più complesso, di frequente, sta nel comprendere quali siano esattamente gli elementi verso cui orientare la nostra ricerca, senza incorrere in inutili e dannosi pregiudizi cognitivi. Sotto il profilo psicologico ed etico, volendo immaginare che la teoria del multiverso sia valida, siamo costretti ad essere ancora più responsabili: ogni decisione da noi presa in questo universo potrebbe dispiegare i suoi effetti anche in altri mondi. E’ un’idea ancora molto sfuggente, quasi onirica e poetica, ma nello stesso tempo seducente ed affascinante, supporre che ogni scelta, anche la più problematica, possa avere infinite alternative. Ciò, forse, potrebbe contribuire a rassicurarci…
