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.

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