Siamo poveri o caporali?

Mentre in questa fine estate l’attenzione pubblica è rivolta a temi come la copertura dell’IMU o la fine del calciomercato, è passata relativamente sotto silenzio la pubblicazione qualche settimana fa da parte dell’ISTAT dei dati sulla povertà in Italia. Eppure, sono piuttosto impressionanti.

Come al solito, i giornali nel darne notizia si sono soprattutto soffermati sulla cresciuta incidenza della povertà relativa. Dal mio punto di vista, invece, questo dato è sostanzialmente un indicatore indiretto di quanto sono forti le disuguaglianze di ricchezza, e visto che per questo esistono altri indicatori più precisi e diretti (ad es. il coefficiente di Gini), lo lascerei da parte.

Molto più significativi, purtroppo, sono i dati sulla povertà assoluta. Chiariamo innanzitutto di cosa si tratta: secondo l’ISTAT, si trova in una condizione di povertà assoluta una famiglia che spende mensilmente meno di quello che occorre per comprare un paniere di beni e servizi considerati “essenziali a uno standard di vita minimamente accettabile”. Insomma, io, che ho un dignitoso stipendio, in un Paese popolato solo da magnati del petrolio sarei “relativamente povero”, ma certo non “assolutamente povero”.

Ebbene, nel 2012 la povertà assoluta in Italia è cresciuta moltissimo. Secondo il rapporto ISTAT, nel 2012 colpiva 4.814.000 persone, o se vogliamo l’8% della popolazione. Nel 2011 era il 5,7%: in un solo anno, la povertà assoluta, quella vera, è aumentata di oltre il 40%!
La domanda successiva potrebbe essere: chi sono i “nuovi poveri”? La risposta può sorprendere, ed è un ulteriore segnale per la nostra società: il nuovo modello di povero non è più l’anziano solo che vive della sua pensione, anzi: gli anziani soli o in coppia sono l’unica categoria per cui l’incidenza della povertà nel 2012 è minore che nel 2011, ed è inferiore alla media generale.

Invece emergono situazioni particolarmente allarmanti: tra impiegati e dirigenti, ad esempio, l’incidenza della povertà assoluta è raddoppiata in un anno. Nelle famiglie in cui tutti i membri hanno un lavoro, la povertà assoluta è passata dal 2,5% al 3,6%, con un incremento quindi del 44%. Soffermiamoci su questo dato: il 3,6% delle famiglie in cui tutti i componenti lavorano non è in grado di sostenere uno “standard minimamente accettabile di vita”. Eppure, questa dovrebbe essere quasi per definizione la tipologia di famiglia al riparo da un degrado così pesante del suo tenore di vita. La povertà colpisce ora anche liberi professionisti, come si vede dallo stesso rapporto.

Questo significa, evidentemente, che avere un lavoro non è più garanzia di una vita dignitosa. La crisi, ed evidentemente la minaccia della disoccupazione che colpisce tanti, ha abbassato il reddito reale e condotto molti lavoratori, presumibilmente in buona parte precari, sotto la linea della povertà. Si accetta di lavorare anche per ricavarne un reddito, letteralmente, da fame. Paradossalmente, i più garantiti sono i pensionati: questa è l’Italia di oggi, dove le risorse vengono incanalate verso il “non-lavoro” (finanziamento di cassa integrazione in deroga, “esodati”, e simili) e non a favore del lavoro, e di lavoro con retribuzioni dignitose. La mia opinione è che una società civile non può accettare che chi lavora regolarmente viva in miseria, e invece questo è quello che sta sempre più accadendo. In Grecia si lavora senza stipendio; è quello il modello della nuova Italia?

Finale: la Meccanica Quantistica può essere innocua?

Siamo quindi arrivati alla fine di questa serie di post su un possibile approccio “non convenzionale” alla risoluzione di alcuni dei nodi storici della Meccanica Quantistica (MQ).

Proviamo a riepilogare:

  1. La MQ “funziona” benissimo, ma ha degli aspetti controversi. Un grande fisico come Feynman diceva che nessuno capisce davvero la MQ, ma il problema maggiore è che la MQ, specie se accompagnata dalla sua “canonica” interpretazione detta di Copenhagen, confuta o almeno mette in seria difficoltà alcuni principi fondanti della scienza classica: il Realismo Scientifico, il Principio di Località, il Determinismo. Esistono da molti anni dei tentativi per “salvare” almeno qualcuno di questi principi: ad esempio le teorie delle variabili nascoste come quella di Bohm  appunto ipotizzando delle variabili reali ma inaccessibili che determinino gli aspetti apparentemente casuali dei fenomeni quantistici. Nessuno di questi tentativi però si è sinora affermato. 
  2. Esaminando più da vicino il problema, mi pare si possa dire che tutti gli aspetti “imbarazzanti” della MQ siano legati alle nozioni di Spazio e di Tempo. Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg si applica tipicamente a grandezze, come la posizione, la velocità o l’energia di una particella, che hanno a che fare con lo Spazio e il Tempo, e non si applica a grandezze non spaziotemporali come la massa a riposo, lo spin o la carica elettrica.
  3. Parallelamente, l’altra grande e rivoluzionaria teoria fisica del Novecento, la Relatività Generale einsteiniana, fondandosi sul principio di equivalenza perfetta tra i sistemi di riferimento di tutti i possibili osservatori, ci ha “costretto” a considerare con sospetto la nozione di “punto” dello spazio-tempo. La Fisica non è in grado di distinguere tra due Universi che si differenzino solo per una trasformazione dello spazio-tempo che non modifichi le relazioni tra gli oggetti fisici (tecnicamente, un diffeomorfismo dello spazio-tempo e della sua metrica); questa caratteristica può anche essere espressa come background-independence, ossia la descrizione fisica del mondo non dipende dallo specifico “sfondo” spaziotemporale che usiamo. Se accettiamo l’antico principio di identità degli indiscernibili introdotto da Leibniz, non si tratterebbe di due Universi distinti, ma dello stesso Universo descritto in due modi diversi. Lo Spazio e il Tempo, quindi, non sarebbero adatti a fornire una descrizione “fondamentale” della realtà fisica.
  4. Dalle considerazioni precedenti, viene naturale chiedersi se si possa elaborare una teoria fondamentale che non faccia uso dei concetti di Spazio e di Tempo. Una teoria del genere dovrebbe essere essenzialmente relazionale, ossia basarsi solo su oggetti elementari e le loro relazioni, e sarebbe “naturalmente” background-independent.  Lo Spazio dovrebbe emergere quando si descriva un sistema “abbastanza grande” perché abbia senso definirne una “dimensione”, ma questa definizione sarebbe basata sulle grandezze “fondamentali” che costituiscono la descrizione relazionale. Ricordiamoci però che “perdere” lo spaziotempo significa perdere anche la Gravitazione einsteiniana, che è indissolubile da esso. Quindi, se vogliamo ricostruire il nostro apparato bisogna che al crescere della “dimensione” del sistema  oltre allo spaziotempo emerga anche la Gravità.
  5. Fortunatamente, ci sono delle teorie escogitate appunto per fare questo, ossia “riprodurre” la Gravitazione einsteiniana a partire da un substrato fondamentale relazionale. La più accreditata di queste è la teoria delle Spin Networks, che adotta come descrizione fondamentale della realtà fisica una rete costituita da unità dotate di spin e dalle loro relazioni. Questa teorie, ancora non elaborate in modo compiuto, sembrano però in grado di far emergere sia lo spazio-tempo, sia la Gravità, sia, anche, le leggi base della MQ.
  6. Se queste teorie fossero esatte, “salverebbero” due dei tre principi che ho citato prima e renderebbero la MQ sostanzialmente “innocua”:
    1. Il Realismo Scientifico sarebbe preservato, perché le “reti” e le loro proprietà sarebbero ben definite anche indipendentemente dal fatto di essere sottoposte a un osservazione o meno. La rete stessa, e quindi le sue NxN relazioni, costituirebbe l’insieme di variabili nascoste che giustificherebbero l’apparente ambiguità delle descrizioni quantistiche spaziotemporali.
    2. Per lo stesso motivo, sarebbe preservato anche il Determinismo, visto che le componenti probabilistiche della teoria quantistica sarebbero rimpiazzate da calcoli deterministici a partire dalle variabili “fondamentali”.
    3. Invece il Principio di Località sarebbe abbandonato, proprio perché fondato su una nozione, la contiguità spaziale, che non ha un corrispettivo nella descrizione fondamentale della realtà. Il disegno qui sotto, prelevato da uno degli articoli che ho citato, mostra perché:

locality in networks

Se nella rete il nodo i ha una relazione con j, k, l, m, quando lo Spazio “emerge” può accadere che uno di questi nodi, in questo esempio k, si trovi “spazialmente lontano” da i. Non è insomma garantito che all’esistenza di una relazione nella rete fondamentale corrisponda poi una distanza spaziale “piccola”. La nozione di “locale” non è traducibile a livello delle proprietà fondamentali.

Restano da dire, credo, solo altre due cose. Una è che non vorrei aver dato l’idea che questo percorso logico attraverso cui vi ho condotto sia la “nuova verità” della Fisica: non c’è al momento, per quanto posso dire, un consenso sul fatto che le cose stiano effettivamente così, e, data la forma fortemente teorica del tutto, è difficile che siano le osservazioni sperimentali a decidere quale teoria sia quella “giusta”. Ci sono nuove teorie della Fisica fondamentale che competono con quelle “relazionali” (come la Teoria delle Stringhe) e non so quale prevarrà.

L’altra cosa riguarda il Tempo. Forse avrete notato che ho lasciato il Tempo fuori dalle mie ultime considerazioni; il motivo è che mentre secondo l’approccio che ho descritto lo Spazio è decisamente una grandezza non “reale” a livello “fondamentale”, il Tempo “esisterebbe” anche nella descrizione fondamentale della realtà. L’autore che, insieme a Lee Smolin, ha scritto alcuni degli articoli che sto citando, ne ha pubblicato uno (leggetelo, se siete interessati al tema “tecnico”) dall’eloquente titolo Lo spazio non esiste, così il tempo può esistere. La sua tesi, sostanzialmente, è che l’eliminazione dello Spazio dalle grandezze “veramente fondamentali” consente di risolvere i paradossi legati al Tempo che, come saprete, è difficile definire nella rappresentazione relativistica einsteiniana.

Chiudo con una notazione personale. Quando, verso la fine del 2007 ho aperto questo blog, il mio scopo era in realtà anche avere una scusa per ragionare e informarmi meglio su alcuni temi che rientravano tra i miei interessi ma che non riuscivo ad approfondire; avere un pubblico vero o presunto mi ha “obbligato” a essere più organico e rigoroso nelle mie piccole esplorazioni. Il percorso che ho sintetizzato qui sopra mi sembra che almeno per ora risponda in modo promettente a uno dei quesiti che sollevavo allora. Confesso che ne sono molto contento, anche se le cose che ho trovato e vi ho raccontato c’erano quasi tutte già allora. Ero io che non le sapevo…

E se Spazio e Tempo non esistessero?

Nei post precedenti abbiamo visto i principali problemi concettuali sollevati dalla Meccanica Quantistica (MQ), rispetto a quella che era, poco più di un secolo fa, la nostra visione della realtà e della conoscenza di essa; abbiamo anche visto che questi problemi concettuali non riguardano in realtà, come talvolta si dice, lo status della realtà fisica nel suo complesso, bensì le proprietà spaziotemporali degli oggetti fisici. Einstein, il principale critico della MQ, diceva che «La luna esiste anche quando non la vediamo», ma la mia impressione è che quello che la MQ sostiene non è che quando non la osserviamo non si possa dire che la luna esiste, bensì che non abbia senso affermare che la luna si trovi in una certa posizione. Questo fu sufficiente per rappresentare una rivoluzione epistemologica, ma anziché un “difetto di realtà” della luna, potrebbe indicare un difetto di realtà del concetto di posizione.

Abbiamo poi visto che nella Relatività Generale, la grande teoria einsteiniana che ancora oggi è valida per descrivere la Gravitazione e la Fisica su scala cosmica, lo status del “tessuto” spaziotemporale (nota terminologica: in inglese la parola tecnica usata è manifold, il cui corrispondente in italiano sarebbe varietà, ma preferisco evitare termini il cui significato matematico è diverso da quello corrente) è meno consistente che in Relatività Ristretta (e quindi in MQ). In realtà, dobbiamo comprendere che il concetto di “punto-istante” dello spazio-tempo non ha significato fisico, a meno che a quel “punto” sia associato un evento fisico osservabile, come un’interazione tra due particelle. Una teoria che accetti l’einsteiniano Principio di Equivalenza di tutti gli osservatori deve infatti essere indipendente dalla struttura del “tessuto” spaziotemporale, ossia deve essere background-independent. Un modo radicale di essere background-independent, ovviamente, è di rinunciare allo Spazio e al Tempo come entità “fondamentali” e trattarli invece come emergenti, un po’ come quello che chiamiamo pressione di un gas “in realtà” è riducibile al movimento di miliardi di molecole.

Ma esistono teorie che nei loro fondamenti facciano a meno di Spazio e Tempo? Sì, esistono, e sono generalmente teorie nate per riconciliare MQ e Gravitazione. Tipicamente, sono teorie relazionali, nel senso che il loro livello fondamentale di descrizione è costituito da “oggetti elementari” (come fossero particelle), e dalle relazioni tra di esse. Un esempio che abbiamo incontrato molto tempo fa sono le Spin Networks, una teoria della Gravitazione che, a partire da “unità di spin” e da relazioni tra di esse, ha come “livello fondamentale” di descrizione sostanzialmente una rete:

spin network

Questa rete non è nello spazio ordinario: è semplicemente una rete di relazioni. Chi ha sviluppato la teoria delle Spin Network, però, è riuscito a dimostrare che si può definire in modo sensato un’area e un volume a partire dalle relazioni della rete. Quindi, è possibile “ricostruire” la nozione di Spazio a partire da una “realtà ultima” in cui lo Spazio “non esiste”. Ma è anche possibile, a partire da questa o da altre teorie relazionali, ricostruire la MQ, facendo in modo quindi che a emergere non sia solo lo Spazio, ma anche la MQ che usa il concetto ordinario di Spazio? Se si ottenesse questo, automaticamente si soddisferebbe l’esigenza di conservare i moltissimi risultati sperimentalmente confermati della MQ.

Ci sono diversi fisici teorici che hanno cercato di ottenere proprio questo risultato. Un esempio è un articolo di F. Markopoulou e Lee Smolin, autore di alcuni validissimi libri di divulgazione. Traducendo a braccio dall’abstract, l’articolo mostra che «da un modello background-independent privo di meccanica quantistica, la teoria quantistica emerge nello stesso limite nel quale appaiono le proprietà spaziali».

Nei termini in cui tradizionalmente si discutono le alternative alla MQ, questo tipo di teoria sarebbe una teoria delle variabili nascoste non locali, dove le variabili nascoste, sempre secondo gli autori, sarebbero le relazioni (gli archi) che collegano i nodi della rete (che in questo caso non è necessariamente una spin network, ma segue una logica simile).

Quindi, in un certo senso, se questi signori hanno ragione il nostro cerchio è chiuso: lo Spazio non è “reale”, o almeno è reale quanto lo sono tutte quelle grandezze fisiche (come la pressione, o la temperatura) che sono definibili solo, collettivamente, per sistemi “grandi” ma non hanno senso a livello microscopico. Se le proprietà spaziali degli oggetti non sarebbero reali, oggetti e relazioni invece lo sarebbero, e quindi il Realismo Scientifico sarebbe valido.

Nel prossimo post, comunque, proverò a riassumere e tirare le somme, che in questo caso è un’operazione un po’ complicata… e richiede anche un po’ di Tempo.

Meccanica Quantistica, spazio-tempo e Einstein

Nel post precedente abbiamo visto che, in sostanza, le “anomalie” che ci imbarazzano nella Meccanica Quantistica sono associate alle grandezze spaziotemporali, e mi chiedevo se esse non fossero piuttosto indice di qualcosa che “non va” nella “normale” concezione dello spazio-tempo usata dalla MQ, che è sostanzialmente quella della Relatività Ristretta di Einstein.

In effetti Einstein ebbe un ruolo molto articolato nei confronti della MQ: fu uno dei suoi iniziatori, ma è anche passato alla storia come il suo maggior nemico (“Dio non gioca a dadi”). Anche relativamente a Spazio e Tempo, Einstein ne fornì due importanti, e diverse, visioni nella teoria della Relatività Ristretta e in quella della Relatività Generale.

Infatti, nella Relatività Ristretta lo spazio e il tempo perdono la loro condizione “assoluta” e diventano, appunto, relativi a uno specifico osservatore. Da qui deriva una serie di conseguenze sorprendenti, come la dilatazione dei tempi, la contrazione delle lunghezze, la relatività della simultaneità, eccetera. Però dal punto di vista “matematico” spazio e tempo conservano una struttura continua e lineare.

Nella Relatività Generale le cose cambiano ancora. Non solo perché lo spazio-tempo diventa curvo, ma perché in realtà la nozione di “punto nello spazio” perde di significato. Infatti le leggi della Fisica e le formule che definiscono la dinamica devono essere covarianti, il che vuol dire che a tutti gli effetti due “universi” che differiscono solo per una trasformazione del sistema di riferimento spaziotemporale sono in tutto e per tutto equivalenti. Questo tipo di trasformazioni (diffeomorfismi) non sono semplici traslazioni o cambiamenti di scala, ma possono modificare la curvatura dello spaziotempo, come si vede da questa immagine di un diffeomorfismo di una griglia a maglie quadrate:

Proprio per questo, il singolo “punto-istante” perde di senso fisico, in quanto ogni rappresentazione spaziotemporale di un sistema fisico è equivalente a tutte le altre che appartengono alla classe che si ottiene sottoponendo lo spazio-tempo a questo tipo di trasformazioni. Alla fine, per Einstein, l’unica cosa che ha un senso fisico sono le interazioni tra oggetti:

«Tutte le nostre osservazioni nello spazio-tempo consistono invariabilmente nella determinazione di coincidenze spaziotemporali. Se gli unici eventi fisici fossero i movimenti di punti materiali, allora l’unica cosa osservabile sarebbero gli incontri tra questi punti […] Un sistema di riferimento non serve ad altro che a facilitare la descrizione della totalità di queste coincidenze»

Ecco quindi da dove proviene la caratteristica di background-independence che citavo in un post precedente: l’unica cosa che ha senso fisico sono gli eventi che mettono in relazione oggetti diversi, non il tipo di “sfondo spaziotemporale” su cui questi eventi si svolgono. Una discussione molto approfondita sul significato di questo aspetto della Relatività Generale si trova sul sito della Stanford Encyclopedia of Philosophy, sotto la voce The Hole Argument, che deriva appunto dal fatto che Einstein nel descrivere l’invarianza della Fisica rispetto a cambiamenti dello “sfondo spaziotemporale” fece riferimento alla situazione in cui ci sia un “buco” completamente privo di materia, per dire che qualsiasi conformazione dello spazio-tempo in un simile buco è fisicamente equivalente.

Ecco quindi che lo status “sospetto” dello spazio e del tempo come “reali” è confermato dall’idea einsteiniana, faticosamente elaborata e a lungo sottovalutata nelle sue implicazioni, che le leggi della Fisica devono essere indipendenti da qualsiasi trasformazione del sistema di riferimento, insomma l’indipendenza dal background. Certo, un buon modo per essere sicuri che le nostre teorie fisiche siano indipendenti dal background spazio-temporale sarebbe che questo background semplicemente non esistesse… Ne parliamo nel prossimo post.

Meccanica Quantistica: dov’è il trucco?

Nel post precedente, abbiamo visto che, nel corso dei decenni, da un lato si sono accumulate le prove sperimentali favorevoli alla Meccanica Quantistica (MQ), dall’altro si è osservato che alcune caratteristiche della MQ sono “inevitabili”, anche nel caso in cui si riuscisse a elaborare una teoria alternativa ad essa.

Quindi, il buon senso potrebbe indurci ad adottare la linea di pensiero più naturale, e semplicemente accettare la MQ come la teoria “giusta” della Fisica fondamentale. Il fatto che essa non sia conciliabile con la Relatività Generale potrebbe essere alla fine risolto da una delle versioni della Teoria delle Stringhe, che sono tutto sommato un’estensione dell’approccio della MQ, e ne condividono punti concettualmente forti e discutibili. “Se non puoi batterli, unisciti a loro”, dice l’adagio, no?

Io invece, almeno per ora, vorrei esplorare insieme a voi le ragioni per cercare un’alternativa. La prima ragione, ovviamente, va ricercata nelle caratteristiche controverse della MQ di cui abbiamo già parlato; per ragioni che ho in parte già esposto altrove, io credo che sia molto difficile abbandonare il Realismo Scientifico e continuare ad avere la pretesa di avere una conoscenza coerente e affidabile di ciò che non siamo noi stessi. Inoltre, sono ugualmente poco incline ad accettare un Indeterminismo “fondamentale”, cioè non derivante da una nostra ignoranza di qualche elemento della realtà. Dato che abbiamo visto che il Realismo e il Principio di Località non sono entrambi veri, quindi, devo rinunciare al Principio di Località. Si tratta di un’idea apparentemente ragionevole, quasi scontata: ogni oggetto può essere influenzato solo da ciò che è nelle sue immediate vicinanze. Ossia, è un principio che si basa sul concetto di contiguità spazio-temporale; se è falso, allora in questa nozione apparentemente evidente c’è qualcosa che non torna. Ricordiamocelo, e andiamo avanti.

Volendo quindi preservare il Realismo, andiamo a esaminare più da vicino come mai la MQ lo metta in discussione. Come sappiamo, l’interpretazione canonica della MQ dice che non ha senso parlare delle proprietà, ad esempio delle particelle elementari, se non quando le si osservano. Ma quali proprietà? Non tutte! Lo stesso Bohr, padre dell’interpretazione strumentalista della MQ, dice che “l’uso di concetti spaziotemporali nella descrizione dei fenomeni atomici deve essere limitato alla registrazione di osservazioni” (il grassetto è mio). Infatti, se immaginiamo di osservare la posizione di un elettrone in due diversi punti A e B, la MQ dice che nei nostri calcoli dobbiamo tener conto di tutti i possibili percorsi che l’elettrone potrebbe aver seguito per andare da A a B, proprio perché non possiamo sapere nulla della sua posizione e della sua velocità quando non lo osserviamo.

path integral

Benissimo: però un elettrone ha anche altre proprietà, e ce ne sono alcune che sono note e che consideriamo invariabili anche quando non osserviamo l’elettrone. Di quelle ha senso parlare anche quando non stiamo osservando l’elettrone: ad esempio lo spin o la carica elettrica dell’elettrone non cambiano mai. Come mai c’è questa differenza?

Il motivo “matematico” è che alcune grandezze fisiche, come la posizione o la velocità di un elettrone, sono soggette al famoso Principio di Indeterminazione di Heisenberg, il che vuol dire che ci sono stati dell’elettrone in cui la posizione è determinata e la velocità no, e altri in cui vale il contrario. Invece, la carica elettrica non è soggetta al Principio di Indeterminazione: in qualsiasi possibile stato, l’elettrone ha sempre la stessa carica. Un modo di vedere la differenza con la Fisica Classica è proprio questo: in MQ, ci sono grandezze fisiche sottoposte al Principio di Indeterminazione. E quali sono?

Sono, guarda un po’, quelle che hanno a che fare con lo spazio-tempo. Ecco perché nella citazione di Bohr prima ho evidenziato il fatto che fossero i concetti spaziotemporali a dover essere usati con cautela. Ed ecco perché ho sottolineato il fatto che se il Principio di Località non è valido, potrebbe darsi che sia il concetto di Località a essere mal definito.

Insomma, quello che viene da sospettare è che il “trucco” della MQ non stia nel fatto che non abbia senso parlare della realtà quando non la osserviamo, ma che siano le proprietà spaziotemporali della realtà a non essere… reali. Forse le curiose proprietà della MQ dipendono dal fatto che è una teoria che presuppone un “tessuto” di spazio-tempo (in Fisica si dice che è una teoria background-dependent), che potrebbe non essere un concetto così affidabile.

Nel prossimo post, vedremo che in realtà lo stesso Einstein aveva individuato questa debolezza nella sua stessa teoria della Relatività Ristretta, e che aveva faticosamente abbandonato questo presupposto nella teoria della Relatività Generale.

Ma la Meccanica Quantistica è proprio inevitabile?

Nel post precedente abbiamo visto che la Meccanica Quantistica (MQ) presenta almeno tre caratteristiche “imbarazzanti” per chi come me è legato a una concezione scientifica più tradizionale (sembra singolare dire questo dopo quasi un secolo dall’elaborazione della MQ, ma il punto è proprio che nonostante il passare del tempo alcuni principi della Fisica pre-quantistica sono difficili da abbandonare, e l’alternativa proposta dalla MQ è nella migliore delle ipotesi oscura, nella peggiore contraddittoria). Infatti la MQ, secondo la sua interpretazione canonica, abbandona  o rende problematici i seguenti tre principi cardine della Fisica classica (v. sempre post precedente):

  1. Il Realismo.
  2. Il Determinismo.
  3. Il Principio di Località.

A queste caratteristiche si oppose a suo tempo Einstein, che ne colse appieno gli elementi  “eversivi” ma non riuscì a trovare alternative possibili. La sua opinione era che la MQ non fornisca “una descrizione completa della realtà fisica”, e che quindi debba esistere una teoria più profonda che superi la MQ e le sue aporie.

Ma, prima di capire se una teoria simile possa esistere, è interessante chiedersi quali margini ci siano per un’alternativa alla MQ. È possibile che una teoria per ora ignota elimini le tre scomode caratteristiche che ho citato? Su questo, ossia su quali vincoli dovrebbe comunque rispettare una simile teoria, i fisici hanno già ragionato a lungo.

Un primo risultato su cui esiste un consenso generale è che Realismo e Principio di Località non possono essere entrambi veri. Esiste infatti il cosiddetto Teorema di Bell che dimostra che qualsiasi teoria che cerchi di rispettare entrambi questi principi dovrà prevedere dei risultati sperimentali diversi da quelli previsti dalla MQ, in particolar modo per sistemi costituiti da due o più particelle entangled. È quindi possibile con un esperimento verificare se nella realtà siano corrette le previsioni della MQ o quelle di una qualsiasi teoria “realista locale”. Esperimenti del genere sono stati effettivamente realizzati, e i risultati dimostrano che nessuna teoria “realista locale” può essere esatta, e che quindi almeno uno tra i principi 1 e 3 va abbandonato.

Un secondo tipo di “dimostrazione generale” è invece relativa alla forma matematica della MQ. Alcuni autori, infatti (ad esempio qui e qui), hanno cercato di dimostrare che sulla base di assiomi “ragionevoli” e piuttosto generali è possibile stabilire che la forma della MQ (escludendo il controverso “processo di misura”) è fortemente determinata appena si introduce un qualche assioma che escluda la “tradizionale” Meccanica Classica, che come sappiamo su scala microscopica “non funziona”. Come è scritto nelle conclusioni del secondo articolo che citavo (attenzione, è difficile, uno di quegli articoli in cui io “guardo solo le figure”): “una teoria che vada oltre la MQ deve violare almeno uno degli assiomi [su cui si è basata la dimostrazione] e quindi deve distaccarsi radicalmente dalle consuete assunzioni apriori che adottiamo circa la struttura delle leggi fisiche” (traduzione e grassetto sono miei).

Infine, possiamo dire che la caratteristica più controversa ed “attaccabile” della MQ ortodossa è il modo in cui è rappresentata l’operazione di misura. Infatti questo è l’unico punto della teoria dove per calcolare i risultati si usa un procedimento intrinsecamente stocastico, che impedisce quindi di prevedere tali risultati in modo deterministico. Questo Non-determinismo è una caratteristica che molti hanno considerato “posticcia” rispetto alla MQ e hanno cercato di eliminare; ho già discusso in molti vecchi post diverse proposte in merito, la maggior parte delle quali in un modo o nell’altro ipotizzano che l’apparente casualità sia in realtà sintomo dell’esistenza di variabili fisiche nascoste che codeterminano l’evoluzione di un sistema quantistico ma che non siamo in grado di osservare. Tuttavia, anche qualsiasi “teoria delle variabili nascoste” dovrebbe rispettare i vincoli molto stretti che ho descritto in precedenza, in particolare quelli imposti dal Teorema di Bell. Insomma, il Determinismo può essere difendibile o in modo “tattico” introducendo un qualche meccanismo ad hoc per spiegare l’apparente casualità della misura (v. ad es. questo post) o in modo “strategico”, assegnando alle variabili nascoste un significato ontologicamente molto più profondo.

In conclusione, l’impresa di trovare una teoria fisica che superi la MQ preservando alcuni dei principi “tradizionali” della Fisica sembra quasi disperata, in quanto una simile teoria dovrebbe:

  1. Riprodurre tutte le previsioni della MQ, almeno per quanto riguarda gli esperimenti che siamo stati in grado di realizzare finora e che hanno confermato l’esattezza assoluta della MQ.
  2. Abbandonare comunque almeno uno tra Realismo e Principio di Località.
  3. Rappresentare una radicale rivoluzione nel modo di strutturare le teorie fisiche, sovvertendo qualcosa di “fondamentale”, visto che altrimenti la MQ è sostanzialmente “inevitabile”. Una teoria così, ammesso che possa esistere, dovrebbe però poi ricondursi alla MQ nel limite in cui quest’ultima “funziona”, un po’ come la MQ si riconduce alla Meccanica Classica nel limite di sistemi “grandi”.

Nel prossimo post proporrò qualche riflessione su se ci sia qualche indizio su dove cercare una simile teoria.

Cosa c’è che non va nella Meccanica Quantistica?

Già: cosa c’è che non va? E c’è davvero qualcosa che non va? In questo post riassumeremo e ripeteremo alcuni concetti base già discussi in passato, ma è utile farlo per introdurre correttamente il problema.

Come abbiamo già visto molte volte, la Meccanica Quantistica è una teoria di eccezionale successo. Su di essa è basato il Modello Standard delle particelle elementari, che descrive con incredibile precisione tutti i fenomeni della Fisica microscopica, e che ha appena completato il suo mosaico di particelle elementari con la scoperta del Bosone di Higgs. Si può dire che, dopo quasi un secolo dalla sua formulazione, non esista alcun dato sperimentale che contraddica le previsioni della MQ, eppure gli esperimenti che da allora sono stati compiuti hanno certo superato qualsiasi immaginazione dei padri della Fisica moderna.

Quindi, c’è davvero qualcosa che non va? Sì, c’è.

Per dire che qualcosa non va, basterebbe forse osservare quale sia ancora oggi il livello di dibattito e considerare i mille tentativi di trovare delle alternative teoriche o interpretative a una teoria così efficace. Infatti la MQ mette in crisi alcuni dei pilastri fondamentali della scienza tradizionale, e anche del modo in cui noi consideriamo il nostro rapporto con la realtà “esterna”. Per sintetizzare, secondo me gli aspetti controversi o “imbarazzanti” della MQ sono:

  1.  L’esistenza di “stati misti” di un sistema quantistico, per cui in un dato istante esso è in generale descritto come una sovrapposizione di stati “univocamente definiti”, o puri. Da qui viene fuori il famoso paradosso del Gatto di Schrödinger, che sarebbe allo stesso tempo vivo e morto.
  2. Il meccanismo di misura, che richiede che ogni volta che si desidera calcolare il risultato di un esperimento si debba ricorrere a un procedimento intrinsecamente casuale e indeterministico.
  3. L’esistenza di stati entangled di sistemi composti, ossia l’esistenza di intercorrelazioni tra oggetti distinti (ad esempio due elettroni), indipendentemente dalla collocazione spaziale di questi ultimi (ad esempio i due elettroni potrebbero trovarsi a una distanza anche molto grande tra loro).

Questi tre elementi chiave della MQ minano alla base tre corrispondenti pilastri concettuali della scienza:

  1. Il Realismo Scientifico, ossia l’idea che “il mondo studiato dalla scienza esiste, ed ha le proprietà che ha indipendentemente dalle nostre credenze [...] , e lo scopo della scienza è descrivere e spiegare quel mondo, inclusi i suoi molti aspetti che non sono direttamente osservabili“, per citare un testo di Filosofia della Scienza. Secondo l’interpretazione “ortodossa” della MQ, invece, non ha senso parlare di “realtà” di un sistema quantistico se non in corrispondenza con un’osservazione sperimentale (“only an observed phenomenon is a phenomenon”, disse Bohr). Questa interpretazione è fortemente controversa, ma è in pratica quella che credo ancora oggi venga insegnata nelle Università come quella “di riferimento”. La MQ ortodossa, quindi, contraddice il Realismo.
  2. Il Determinismo, ossia l’assunto che il futuro comportamento di un sistema fisico sia completamente determinato dal suo stato iniziale e dalle leggi della Fisica. La MQ ammette solo una previsione probabilistica dei risultati di un’operazione di misura, e, indipendentemente dal fatto che si consideri il cosiddetto “collasso della funzione d’onda” un processo fisico reale o solo una tecnica di calcolo (v. ad es. questo vecchio post), non consente neanche in linea di principio di prevedere in modo certo il risultato di future osservazioni su un sistema noto.
  3. Il Principio di Località, che sostanzialmente afferma che un sistema fisico può essere influenzato solo da entità ad esso fisicamente prossime. Questo principio, fortemente sostenuto da Einstein, è appunto contraddetto dall’entanglement quantistico. Due oggetti entangled sono in una relazione che non può essere eliminata o indebolita allontanandoli materialmente uno dall’altro.

Abbandonare questi tre principi fondamentali è ovviamente qualcosa che qualsiasi fisico fa molto malvolentieri, ancora oggi. Ma abbiamo davvero scelta? Possiamo magari sperare che, come la Gravitazione Newtoniana è stata alla fine superata dalla Relatività Einsteiniana, una futura teoria sconfessi la MQ e ripristini appieno i principi della Fisica classica?

Nel prossimo post vedremo quanto sia “inevitabile” la MQ, e quali spazi ci siano per ipotetiche teorie alternative.

Torniamo alla Fisica – Allacciate le cinture di sicurezza!

Cari lettori (ma esistono davvero cose come i lettori di un blog come questo? O sono un espediente letterario?), dopo un lungo silenzio dedicato tra l’altro a seguire le elezioni politiche italiane, torno volentieri a parlare di Fisica.

Lo faccio riprendendo e “incrociando” due temi che ho toccato spesso in passato, a partire proprio dai primissimi post di questo blog, anni fa. Si tratta di:

  1. Le caratteristiche “paradossali” della Meccanica Quantistica, e la loro interpretazione che contrasta con il Realismo Scientificosono “inevitabili”? Il Problema della Misura è un inghippo irriducibile? Oppure esiste un modo di preservare contemporaneamente i risultati della Meccanica Quantistica e un’interpretazione epistemologica della teoria che riconosca e giustifichi la nozione di realtà oggettiva e persistente “là fuori” che è tradizionalmente alla base della scienza?
  2. Ammesso che questa espressione abbia un senso, qual è la “vera” struttura fondamentale della “realtà”? In particolare, è verosimile che di questa struttura fondamentale non faccia parte lo spazio fisico come lo percepiamo?

Ebbene, la convinzione che mi sto formando, dopo questi anni di incompetenti divagazioni nei territori della Fisica, è che le due domande hanno una stessa risposta. Se riuscirò nei prossimi giorni a mettere nero su bianco le ragioni di questa convinzione, vi inviterò ad accompagnarmi in questa escursione che, per fortuna, seguirà un percorso già tracciato da gente che di Fisica si occupa professionalmente. Come sa chi mi legge, su questi temi non posso certo produrre contributi originali, semmai posso rileggere cose esistenti con l’occhio dell’ “uomo della strada istruito”, e forse questa è la prospettiva che può essere utile a chi sia curioso ma non specialista del ramo. Dove, eventualmente, introdurrò delle mie speculazioni personali non mancherò di renderlo chiaro.

Lo Stupefacente Uomo Ragno… chiude

Beh, in realtà chiude Amazing Spider-Man, dopo un pirotecnico finale nel numero 700.

Nonostante se ne sia parlato un po’ dovunque, e ovviamente molto sul web, eviterò di spiegare perché sia pirotecnico, e quindi di rovinare la sorpresa ai pochi per i quali è ancora tale. Mi limiterò a un paio di osservazioni collaterali, da vecchissimo appassionato, uno che aveva il numero uno dell’Uomo Ragno Corno e ha smesso di leggere l’albo italiano solo perché è stato sostituito da… “Spider-Man”. Come scrissi a suo tempo allo staff della Panini, per me esiste l’Uomo Ragno, e piuttosto che comprare un albo italiano intitolato Spider-Man preferisco ovviamente leggere l’originale americano. Così ho fatto fino a oggi, e posso notare che:

  • la conclusione di Amazing sancisce il fallimento ormai conclamato dell’assurda e deviante linea narrativa nata con Brand New Day (gli appassionati sanno di che parlo). A consuntivo, non si può non riconoscere che si è trattato di un vicolo cieco, oltre che di una storia ignobile.
  • la storia che chiude Amazing è anche più traumatica di BND, ma ha il pregio di essere ben scritta e a mio avviso rispettosa del personaggio. C’è un abisso tra l’arrogante rozzezza di Quesada e l’accuratezza psicologica di Slott. Purtroppo, la situazione finale oltre a essere inaccettabile dai vecchi fan è assolutamente mal definita, e sembra (…) fatta apposta per consentire una marcia indietro.
  • Commercialmente parlando, storie come questa sono un successo qualunque ne sia la qualità. Ora bisognerà vedere come si collocherà il (nuovo) Uomo Ragno all’interno di un panorama Marvel tutto in trasformazione. Forse è arrivato il momento, dopo una quarantina d’anni, di lasciare questo tipo di fumetti agli undicenni di oggi…

Infine, un’annotazione personale. Gli ultimi dati di vendita di Amazing in USA, prima del “pirotecnico finale”, vedevano una media per albo intorno alle 58-59.000 copie. Nel dare un addio a questa gloriosa testata, il cui primo numero risale a cinquant’anni fa, osservo che le sue vendite si erano definitivamente stabilizzate, picchi molto effimeri a parte, su una cifra piuttosto vicina a quella che avevo pronosticato grazie a un’analisi matematica improvvisata per l’occasione quasi quattro anni e mezzo fa. Me ne ero già egocentricamente rallegrato un po’ di tempo fa, ma in un certo senso è per me gratificante che una proiezione estemporanea si sia rivelata piuttosto accurata (certo più delle aspettative dichiarate dagli editori USA e italiani).

Ma l’Uomo Ragno esiste davvero?

Negli ultimi tempi ho discusso alcune volte sul tema “Esistono davvero lo Spazio e il Tempo?”, e probabilmente ne parlerò in un incontro dell’associazione cui appartengo.

Il modo in cui penso solitamente a queste cose è quello, diciamo così, del materialismo ortodosso. Da bravo appassionato di Fisica, osservo che è possibile se non probabile che Spazio e Tempo siano grandezze emergenti, e ne ho parlato già diverse volte in precedenza, e ho in qualche modo anche caldeggiato posizioni ontologicamente eliminativiste rispetto a tali grandezze.

Questo però non toglie che, quando si esce dall’ambito della fredda scienza, il criterio più utile per stabilire se qualcosa “esiste” non è quello dell’ontologia eliminativista. Me lo ha ricordato oggi pomeriggio, mentre tornavo a casa in auto, un brano di una bella trasmissione radiofonica che va in onda su Radio24, che si chiama Voi siete qui. L’autore-conduttore (Matteo Caccia) è molto bravo, e sa essere profondo ed evocativo usando un registro molto leggero. Nella trasmissione di oggi, il tema era “Crederci“, ed è chiaro che se uno crede a qualcosa è perché pensa che quella cosa esista. O no?

Ecco, forse no, ci fa pensare Caccia. Forse è il contrario, e le cose esistono perché uno ci crede, o fa finta di crederci. Certo, è un altro tipo di esistenza rispetto a quella che impietosamente negavo allo Spazio e al Tempo; ma ogni tanto è bene ricordarsela.

Ad esempio: esiste l’Uomo Ragno? Ovviamente no.

Eppure.

Eppure, oggi Caccia, tra i molti discorsi e aneddoti, ha raccontato una vecchia storia di un bambino brasiliano che nel 2007, a cinque anni, si accorse che era scoppiato un incendio nella casa vicina, dove vivevano un bimba di un anno e sua nonna. La bimba era imprigionata dal fuoco, e la nonna non era in grado di salvarla; ma Riquelme, così si chiama il bambino della storia, per il compleanno da poco trascorso aveva ricevuto in regalo un costume da Uomo Ragno. L’indossò, corse alla casa accanto, e trasse in salvo la piccola vicina [N.d.R.: come sempre, su Internet ci sono diverse varianti della storia, ma il salvataggio e il costume da Spidey sono in tutte quelle che ho letto].

E allora? Allora forse bisogna fare attenzione a cosa diciamo che “esiste”. Una persona “vera secondo noi esiste, mentre una fittizia no. Però una persona vera è “vera” solo per un numero piccolissimo di altre persone; per tutti gli altri o “non esiste” o è una narrazione, proprio come Sherlock Holmes, cui arrivano tuttora lettere da tutto il mondo a Baker Street, o come l’Uomo Ragno. E se il motto dell’Uomo Ragno è che dal potere deriva la responsabilità, Riquelme ci ha mostrato che il costume “finto” dell’Uomo Ragno può forse donare potere e responsabilità “veri”. Come ho scritto altrove, il Supereroe “esiste”, perché siamo tutti supereroi.
E quindi, per Riquelme e per tanti di noi, non “esiste” forse l’Uomo Ragno, almeno quanto “esistono” lo Spazio e il Tempo, o quanto “esistono” persone “vere” come il Papa, Usain Bolt o Johnny Depp? Quando una persona muore, smette di “esistere” (in termini materialistici, smette, lo so. Anche io penso che smetta di esistere, ma forse non di “esistere”)? Smette di essere “vera”? E se è ancora “vera”, è poi così diversa da Peter Parker?

Insomma, l’Uomo Ragno forse non esiste, ma certamente “esiste”. E tanti di noi che esistiamo dovremmo forse ogni tanto porci l’obiettivo di “esistere” almeno un pochino.