Com’è pieno lo spazio vuoto
di Mauro Dorato - 08/10/2017
Fonte: Il Sole 24 ore
Da Leibniz a Heidegger al filosofo recentemente scomparso Nozick, «Perché esiste qualcosa invece che il nulla?» è stata considerata la fondamentale domanda della metafisica. Una domanda del genere, se si riferisce alla creazione del mondo ex nihilo, ha ovviamente una presupposizione teologica, come se Dio scegliesse tra uno stato di nulla e uno di essere e considerasse quest’ultimo come preferibile al primo. Ma se Dio stesso è una qualche forma di essere, nemmeno l’idea della creazione può fornire una risposta alla domanda.
In filosofia si parla di vuoto almeno dai tempi di Democrito. Tuttavia, in un saggio accessibile anche al lettore colto, il brillante fisico-matematico e filosofo americano James Weatherall chiarisce appropriatamente che il «nulla» o meglio il «vuoto» di cui parla la fisica non è il nulla assoluto, ma è qualcosa di molto più interessante. Il messaggio fondamentale della ricostruzione storico-critica di Weatherall, che inizia da Newton e termina con la fisica contemporanea, è che il «nulla» di cui parla la fisica non va inteso nel senso pre-teorico che «nulla» ha nel linguaggio ordinario. Partendo da uno dei due pilastri della fisica del secolo scorso, la meccanica quantistica, sappiamo che il cosiddetto vuoto quantistico è lo stato fondamentale dell’universo fisico.
A differenza del vuoto democriteo – il vero e proprio nulla in cui si volteggiava l’essere degli atomi – il vuoto quantistico però non è affatto completa assenza di essere, visto che è comunque «pieno» di eventi interessanti, quali per esempio fluttuazioni del campo e fulminee creazioni e annichilazioni di coppie di particelle.
Analogamente, Weatherall spiega come, seguendo la lezione dell’altro pilastro della fisica, la relatività generale, una regione dello spazio tempo «vuota» di materia contiene onde gravitazionali «capaci di mettere in vibrazione una molla»: anche in questa fondamentale teoria l’assenza di materia non equivale affatto a un nulla assoluto.
Il nulla fisico è rilevante anche nei tentativi di unificare relatività generale e meccanica quantistica, il compito della fisica di questo secolo. Sebbene il grande fisico americano Feynman dicesse nel 1988 che una delle principali linee di ricerca della gravità quantistica, la teoria delle stringhe, «non produce nulla ed è sempre in cerca di scuse», dal punto di vista della «fisica del nulla» essa è comunque rilevante, dato che moltiplica il numero dei vuoti fino all’inverosimile cifra di dieci seguito da 500 zeri! Ciò che più conta per noi è però il fatto che, indipendentemente dalla teoria delle stringhe, già solo la differenza tra il vuoto quantistico e quello della relatività generale basta a concludere che, almeno per il momento, in fisica esiste più di un «nulla» .
Le tappe storiche fondamentali ripercorse dal libro anche grazie a gustosi dettagli biografici sono presentate in modo sintetico ma sempre informativo e preciso, fatto quest’ultimo reso possibile dalla grande padronanza tecnica del suo autore. Il viaggio inizia con la famosa disputa tra Newton e Leibniz sullo realtà dello spazio assoluto: mentre per Newton lo spazio è uno scatolone vuoto nel quale i corpuscoli si muovono, per Leibniz è un insieme di relazioni possibili tra eventi: Weatherall mette in luce ciò che i due condividevano sulla sua struttura geometrica (più di quanto in genere si pensi) e ciò che invece li separava, ovvero il rapporto tra spazio e tempo.
Ci viene poi raccontata l’immissione nella fisica dell’Ottocento di un’entità fisica ma priva di massa, il campo elettromagnetico, una ragnatela che pervade lo spazio e che permette ai nostri cellulari di dialogare. Per il fisico dell’Ottocento James Maxwell tale campo si poteva trasmettere solo grazie a una sostanza vibrante (l’etere). Ma con l’estensione all’elettromagnetismo del principio di relatività di Galilei operata dalla relatività speciale si comprende che un’onda elettromagnetica si può propagare nel vuoto. Immaginiamo una stanza prossima a una sorgente di onde elettromagnetiche e gravitazionali dalla quale rimuoviamo ogni oggetto e anche l’invisibile aria: al suo interno troviamo comunque sia il campo elettromagnetico sia quello gravitazionale.
Con la relatività generale Einstein scopre che quest’ultimo campo può essere identificato con uno spazio (tempo) curvo, fluttuante e dinamico. L’ultima tappa del libro descrive in maggior dettaglio il «nulla» fisico fondamentale, ovvero il vuoto della teoria quantistica dei campi che come già visto, è in realtà un differente stato della materia. Weatherall, che ha un vero talento esplicativo grazie alla facilità con cui trova metafore, lo paragona «a un mare che ribolle di attività».
Una delle due lezioni di questo bellissimo testo è che la fisica si appropria di concetti fondamentali del linguaggio ordinario, come spazio, tempo, materia e li trasforma all’interno delle sue teorie rendendoli più precisi ma mutandone radicalmente il significato. Ne segue un conflitto con il senso comune, sul quale la scienza comunque parte.
Questo è accaduto anche per il concetto di vuoto, ed è proprio grazie a questi mutamenti concettuali che una storia della fisica ricostruita a «partire dal nulla» è piena di interesse. L’altra lezione è che una vera comprensione dei concetti fondamentali della scienza non può che passare attraverso una loro ricostruzione storico-critica.