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Dai quanti alla relatività LA LEZIONE I LA FISICA DEL NOVECENTO Dai quanti alla relatività In attesa di arrivare alla Teoria del Tutto LO sviluppo della fisica nel secolo XX è una straordina�ria avventura del pensiero umano. Ogni anno ha portato scoperte fondamentali, alcune delle quali sono stato vere rivolu�zioni culturali, prima ancora che scientifiche. E' il caso, per esem�pio, tlella relatività e della mecca�nica quantistica, clic hanno mo�dificalo prorondarnonli.il pensie�ro non solo scientifico ma anche filosofico. Eppure, il secolo XIX, si era chiuso sull'illusione che la fisica fosse ormai un capitolo quasi chiuso, lino dei più grandi scien�ziati dell'epoca, Thomson, scopri�tore dell'elettrone, riteneva che fosse solo questione di mettere a posto le ultime cifre decimali nell'accordo tra teoria ed esperi�mento. Un altro grande scienzia�to. Lord Kelvin (da cui prende il nome la scala delle temperature assolute) diceva che solo due nubi si stagliavano nel cielo or�mai terso della fisica: il disaccor�do ira le previsioni teoriche e l'esperimento per gli spettri ato�mici e per lo spettro del corpo nero e il fatto che le equazioni di Maxwell (che realizzavano l'unificazione tra elettricità e magne�tismo in quello che chiamiamo elettromagnetismo) non obbedis�sero alle stesse leggi di trasforma�zione, dette di Galilei, cui obbedi�scono le leggi della fisica classi�ca. Veramente due nubi di poco conto se si pensa che dalla risolu�zione del primo di questi due problemi nascerà, 20 anni dopo, l,i meccanica quantistica e, dal secondo, nel 1905, la teoria della relatività, cioè le due più impor�tanti rivoluzioni scientifiche dai tempi di Newton.,. Per limitarci a una carrellala sulle tappe più importanti, il secolo iniziava alla grande, con la relazione del 14 dicembre 1900 in cui Planck poneva le premesse per la nascila della teoria dei quanti. Nel 1905 Ein�stein risolveva un grande proble�ma, l'effetto fotoelettrico (tappa fondamenlalo per la nascita del�la fisica moderna), studiava il molo browniano e formulava la teoria della relatività speciale (o ristretta), che poi avrebbe am�plialo nella relatività generale. Ma è solo l'inizio. Intorno al 1912 Rulherford, in una celebra�la interpretazione di alcuni espe�rimenti falli da due suoi allievi. Geiger e Marsden, poneva, di fallo, le premesse per capire la slmllura degli alomi fino ad allora del tutto sconosciuta e apriva la via alla sperimentazio�ne che sarebbe siala la guida a tutti gli esperimenti a venire. Partendo dalle basi ormai conso�lidate della meccanica ondulato�ria o quantistica (e acquisito, fra le altre cose, nel 1924, il princi�pio di indeterminazione di Hei�senberg), nel 1928 Dirac era con�dotto a postulare resistenza di una nuova fonila di materia che chiamava antimateria e che sa�rebbe stata trovala sperimental�mente pochi anni più lardi. Nel 1935, poi, il fisico giapponese Yukawa prediceva l'esistenza di nuove particelle che sarebbero state trovale a tempo debito ponendo le basi per la nascita delle interazioni forti (da cui, 30 anni dopo, sarebbero scaturiti i quark di Geli-Mann quali costi�tuenti della materia). Intanto Fer�mi e la sua scuola presiedevano alla nascita delle interazioni de�boli, che spiegano sia la violazio�ne di alcune verità ritenute per molto tempo assolute (come la simmetria destra-sinistra) sia punti rimasti per lungo tempo inspiegabili, come la scomparsa dell'antimateria dal cosmo. Sono questo interazioni che, unificate intorno agli anni 70 con l'elettro�magnetismo, avrebbero aperto nuove grandiose prospettive. A questo travolgente sviluppo delle conoscenze sul microco�smo ha fatto eco una quasi allreltanto rapida evoluzione della nostra conoscenza sulla nascila e lo sviluppo dell'universo. Non è possibile per ragioni di spazio ripercorrerne qui le lappo princi�pali. Ricordiamo solo che la teo�ria del Big Bang, abbozzata negli anni '30 e formulata da Gamow nel 1948, ha ricevuto la sua verifica sperimentale nel 1965 con la scoperta della radiazione cosmica di fondo. Il punto vera�mente importante è osservare elio solo da pochi anni ci si è resi conto che una comprensione completa dei fenomeni che rego�lano il mondo dell'ihfinilesimamèrite piccolo e dell'immensamente grande sono strettamente correlate e che l'una non potrà avvenire senza l'altra. La cosa forse più curiosa, quel�la che mi ha spinto a fare questa rapida sintesi degli avvenimenti principali della fisica del XX secolo, è che, in un bizzarro ricorso, esso si chiude con una sensazione da parte di molti fisi�ci che ricorda da vicino la fine deir800: quella di essere a un passo dal capire lutto. Questa sensazione nasce dalla persuasio�ne di essere a un passo dalle basi dell'unificazione tra tutte le for�ze della natura. Sappiamo, cioè, (o crediamo di sapere) come le interazioni elettromagnetiche, forti e deboli, nascono da un progenitore comune. Questo por�la molli fra i più eminenti fisici del nostro tempo, per esempio Weinberg e Hawking, a ritenere che la Teoria del Tutto sia dietro l'angolo. Come alla fine deir800, però, anche oggi abbiamo almeno un paio di nubi che permangono all'orizzonte. Per quanto riguar�da l'infinitesimamente piccolo, le forze gravitazionali (cioè le forze conosciute da più tempo), si rifiutano, per ora di lasciarsi uificare alle altre. E, per (pianto riguarda l'immensamente gran�de, oggi si pensa che almeno il 90nZo della materia che costitui�sce l'universo ci sia tuttora scono�sciuta dato che ne vediamo i suoi effetti gravitazionali ma non riu�sciamo a identificarla. Ed è curio�so che ai due estremi, siano sempre effetti legati alla nostra non completa compresione delle forze gravitazionali. Se qualcosa la storia della scienza ci ha insegnato è che proprio nelle piccole discrepan�ze si nascondono le infonnazioni che ci porteranno a rivoluziona�re le nostre conoscenze. Quindi, mentre è possibile che la Teoria del Tutto sia veramente a un passo, è quasi ugualmente possi�bile che i fisici della fine del XXI secolo guarderanno alla limita�tezza delle nostre attuali cono�scenze con la stessa indulgenza con cui noi guardiamo oggi alle convinzioni di Thomson e lord Kelvin di cent'anni fa. 11 bello del progredire del pen�siero scientifico è proprio la con�sapevolezza che, qualunque sia�no le nostre convinzioni persona�li, queste dovranno ricevere una conferma (o una smentita) speri�mentale prima di passare al baga�glio acquisito e tramandabile ai posteri. E questo ò il retaggio originale di Galileo, quello che fa la vera differenza tra la Scienza (con la maiuscola) e quelle che oggi, con non indifferente abuso del termine, vengono chiamate scienze di questo o di quello. Enrico Predazzi Università di Torino Una straordinaria avventura del pensiero umano A sinistra Enrico Fermi, qui sotto Max Planck e a destra Einstein