Il collasso del materialismo spiegato facile
di Cristiano Nisoli - 11/12/2023
Fonte: Cristiano Nisoli
Sive, dialogo di un venditore di gluoni e di un passeggere.
Il fatto che il materialismo avesse qualche senso tra sette ed ottocento si può forse capire. Ma che esista un materialismo contemporaneo dopo l'evoluzione della fisica nel XX secolo è assolutamente straordinario: materialismo sarebbe credere nell'esistenza della sola materia; ma nessuno sa più cosa sia la materia.
Chiedi ad un fisico teorico "Cos'é la materia". La conversazione seguente sarà più o meno così:
--Beh, le cose che vediamo che fino a cent'anni fa chiamavamo materia, ora le consideriamo fatte soprattutto di vuoto
-- E cosa c'è oltre al vuoto?
-- Tante particelle, molecole, fatte di altre particelle, gli atomi, fatti di altre particelle, elettroni e nucleoni. Quest'ultimi son composti da quark. Son tutti fermioni, tenute assieme da forze,
-- e cosa sono le forze?
-- beh quelle sarebbero altre particelle, che si chiamano bosoni
-- Busoni???
-- No, Bosoni, da Bose, fisico indiano.
-- E cosa sono tutte ste particelle?
-- Beh, son particelle, si urtano, anzi no, in realtà poi non si urtano perché non hanno estensione (o forse sì). In ogni caso è meglio pensarle mentre si scambiano dei bosoni
-- Ok, ma io di particelle non ne ho mai viste. Cioè, prendi un sasso, ha una forma un'estensione, non è puntiforme. Però, se lancio un sasso, per calcolare la sua traiettoria posso approssimarlo come puntiforme, posso pensarlo come una particella. Queste particelle che dici tu sono puntiformi? E cos'è un punto? E se non hanno estensione come fanno ad essere materia?
-- È un po' più complicato di così. Vedi ci sarebbero dei campi quantistici,
-- Campi quantistici?
-- Sì, che fluttuano. Un po' come le corde del violino. E quelle che noi chiamiamo particelle sono le armoniche di queste oscillazioni. Quindi sono onde. Ma anche particelle, eh!
-- Ma allora son particelle o onde?
-- Beh, dipende
-- Dipende da che?
-- Dipende da come le guardi
-- Ma quindi la materia è fatta di onde? Io pensavo che le onde fossero fatte di materia? Le onde del mare son fatte di materia che va su e giù...
-- Beh non tutte le onde son fatte di materia. Pensa alle onde elettromagnetiche, non son fatte di materia. Son fatte di fotoni.
-- Ed i fotoni sono materia?
-- No quelli no.
-- Ma son particelle?
-- Beh sono onde in un oggetto matematico chiamato campo quantistico che descrive il fenomeno elettromagnetico. E le particelle sono in genere una terminologia inuitiva che noi introduciamo per descrivere le eccitazioni dei campi, le loro fluttuazioni che costano energia. Anche per altri campi. Come il campo di Dirac, che descrive i leptoni
-- Ma non capisco, è il campo di Dirac che descrive i leptoni o sono i leptoni che descrivono il campo di Dirac?
-- Sono vere entrambe le affermazioni, la puoi pensare in entrambi i modi.
-- Quindi i campi sono la materia
-- Sì, si potrebbe dire così
-- Anche il campo elettromagnetico?
-- No, quello no, perché non ha massa.
-- Come non ha massa?
-- È così, il fotone è un quanto di energia... ma anche di momento angolare. Però non ha massa.
-- Ma il momento angolare non è di un oggetto che ha massa e che gira? Tipo una ruota? Cosa gira nel fotone? Il fotone ha un'estensione e gira su se stesso? Ma anche se fosse così, non avendo massa non avrebbe momento angolare.
-- No, in realtà niente gira, quello che chiamiamo momento angolare è solo matematicamente l'autostato di un generatore di simmetrie spaziali, di rotazioni...
-- un auto-che? De che? Ma insomma, cosè la materia? è energia? È massa?
-- A dire il vero la massa è energia.
-- E l'energia è massa?
-- No, altrimenti anche il fotone sarebbe materia. Invece solo leptoni e quark sono materia. Cioè, no, in realtà anche i fotoni, pur non avendo massa, in principio piegano lo spaziot-empo, con la loro energia, quindi in principio dovrebbe interagire gravitazionalmente, come fa la materia... però ... no però no, non sono materia. Quelli no. È massa gravitazionale, non inerziale.
-- Perché non hanno massa? Ma il bosone W ha massa no? Allora è materia?
-- No neanche quello è materia
-- E perché?
-- Perché ha spin intero
-- In che senso?
-- Sai, ricordi la storia di prima del momento angolare? Ecco quello è lo spin, il momento angolare intrinseco. Alcune particelle ce l'hanno semintero e si comportano diversamente da quelle con spin intero. Si evitano.
-- Come si evitano?
-- Sì, vedi, i bosoni... gli piace stare insieme. Si chiama condensato di Bose-Einstein. Invece i Fermioni si stanno sulle balle a vicenda, e ciascuno sta sul suo stato quantistico, da solo. Che è importante eh! Altrimenti la materia non sarebbe stabile. Non ci sarebbero gli atomi se i Fermioni fossero amiconi. Ecco, sì, sono i Fermioni. I Fermioni sono la materia.
-- E si distinguono dai bosoni perché girano su se stessi in maniera diversa? Quindi una cosa è materia o non materia a seconda di come gira su se stessa? Come una palla?
-- No, non c'è nessuna palla che gira, è solo un autostato. L'ho già detto. Un autostato del generatore del gruppo di simmetria delle rotazioni spaziali. Significa che è invariante rispetto alle rotazioni spaziali.
-- Invariante?
-- Sì, ha a che vedere col Casimiro...
-- Casimiro?
-- Una roba di algebre di Lie, ma stiamo divagando. Insomma, lo spin, propriamente inteso, è un invariante di un gruppo algebrico.
-- Gruppo de che? Vabbe ok, ma assumiamo che i Fermioni siano la materia. Cosa sono loro?
-- Ma te lo già detto, son particelle!
-- Ma non erano campi quantistici?
-- Ma è la stessa cosa! ...Circa. Ecco, quella è la materia. Leptoni, quark, che poi sono particelle, ma anche no... ma hanno massa. E momento angolare. Semintero, eh! Quello è importante.
-- Non mi sembra che abbia molto senso...
-- Beh però spiega bene gli esperimenti, è un framework predittivo
-- Ma alla fine cosa significa?
-- Ma te l'ho detto cosa significa. E comunque, l'importante è che faccia previsioni verificabili
-- Quindi funziona
-- Funziona da dio
-- E cosa significa?
-- Significa... significa che funziona.
Era molto più facile fare i materialisti nel XIX secolo. Dicevi: "ecco, io credo solo in ciò che vedo. Credo che questo tavolo davanti a me esiste perché lo vedo, credo nella materia" ed era finita lì. Quelli che fanno i materialisti nel XXI secolo son rimasti indietro quell'attimo. Si son persi qualche episodio.
