19/01/15

Principio di Heisenberg e Universo **

Poche parole di introduzione. Ormai abbiamo capito molto bene che la meccanica quantistica sembra essere l’approccio migliore per la “descrizione” del mondo fisico reale. Forse, la più drastica differenza rispetto alla visione “classica” sta in un concetto estremamente semplice: “La meccanica classica presuppone che si possono assegnare valori esatti e simultanei a ogni quantità fisica; la meccanica quantistica lo nega”.

Indipendentemente dalla matematica e dalle relazioni che si possono scrivere per cercare di dimostrare questa fondamentale differenza, resta il concetto di fondo che ha risvolti che toccano e stravolgono la stessa essenza della realtà e che non si limitano alla misura, ma alla stessa “creazione”.

In modo molto semplicistico si potrebbe riassumere questa caratteristica della MQ, con l’esempio più comune che si associa normalmente al principio di Heisenberg: più è precisa la misura della posizione di una particella e meno precisa è la misura della sua quantità di moto (e viceversa)”. Sembrerebbe una delle tante assurdità della MQ, ma le sue ricadute sono enormi e forse non ancora comprese del tutto. Personalmente (ma non sono certo il solo), penso che il PI sia la base di tutta la MQ e di conseguenza di tutta la realtà fisica dell’Universo. Anzi, forse, ne può rappresentare l’essenza stessa, coincidendo con la sua struttura fondamentale e portandomi a dire: “PI = Essenza del Cosmo”.

Non voglio fare speculazione scientifica e filosofica e nemmeno fantascienza. Non voglio nemmeno apparire come un fondatore di una nuova teoria (ci mancherebbe!). Vorrei solo analizzare razionalmente (per quanto si può) le sfaccettature più sottili del PI, rifacendomi a ciò che è già stato fatto e discusso da menti ben superiori. Niente di più e niente di meno.

Questo blog è senz’altro maturo per affrontare una discussione di tale portata, anche se sarà necessario, prima o poi, sconfinare nella filosofia e nella religione o –meglio- nella fede. Mettiamo subito, però, le cose in chiaro. Non intendo fare assolutamente un discorso “ateo”. In qualche modo, vorrei esprimere un discorso “descrittivo” alternativo, che può benissimo coincidere con le visioni più profondamente religiose. Cercare di definire la più profonda essenza dell’Universo è un gesto da “credente”, dato che noi facciamo parte dell’intera costruzione. Gira e rigira si ritorna alla solita frase un po’ abusata: “Siamo tutti Universo”, intesa però sotto una luce molto più complessa e profonda.

Torniamo a Heisenberg e alla sua asserzione. Forse, nemmeno lui si è subito reso conto del peso enorme che avrebbe avuto sull’intera concezione del Cosmo. Oggi viene normalmente chiamato “principio di Heisenberg” e vale la pena spiegare un po’ meglio il significato della parola “principio”.

Lo stesso Heisenberg non ha mai (o quasi) usato il termine principio per la sua formulazione. Si è fermato a “relazione”. Così, a prima vista, sembrerebbe essere, dato che è ricavabile dalla teoria della MQ. Un principio non dovrebbe essere ricavabile, ma essere la base di partenza di una teoria fisica. Vi sarebbe una specie di regola di priorità…

Einstein ha, però, chiarito questo concetto così ambiguo e solo apparentemente di secondaria importanza.

Il grande maestro della relatività ha, infatti, proposto una vera classificazione legata alle teorie fisiche. Vale la pena riassumerla rapidamente. Le teorie costruttive sono quelle che ammettono l’esistenza di entità semplici dietro ai fenomeni. Esse  permettono di ricostruire i fenomeni attraverso la formulazione di ipotesi basate su queste entità. Le teorie di principio si basano invece su principi, che sono solitamente empirici. Affermazioni basate su regolarità di derivazione empirica, che non hanno bisogno di essere sostenute da basi teoriche.

Attenzione a non svalutare questa definizione! I principi devono permettere di costruire una teoria coerente in grado di esprimere concetti e strutture verificabili.

Un esempio classico è la termodinamica. Essa nasce da un principio essenzialmente empirico: è impossibile ottenere una macchina che realizzi il moto perpetuo. Questa è un’affermazione brutale, grezza, quasi primitiva. Tuttavia ha fornito le giuste condizioni per l’introduzione di concetti fondamentali come energia ed entropia (e le loro proprietà). Una volta costruita l’intera teoria, nata da una specie di pura “sensazione”, è stato possibile derivare come logica conseguenza l’impossibilità del moto perpetuo. Lo stesso principio di base è diventato una relazione che si ricava dalle leggi di conservazione dell’energia e dell’aumento dell’entropia. Questo fatto, però, non annulla la validità del principio, che continua a esistere indipendentemente dalle ricadute della teoria che ha fatto nascere. Il suo significato più profondo non ha bisogno dei concetti teorici di energia e  entropia. Questo discorso potrebbe sembrare un gioco lezioso di parole e invece è fondamentale per capire l’importanza decisiva dei “principi”, constatazioni empiriche che permettono di costruire una teoria anche universale.

Un altro esempio è la teoria della relatività, una teoria di principio. I suoi principi sono infatti di tipo empirico: il postulato della velocità della luce e il principio di relatività. Nuovamente, dopo aver sviluppato l’intera teoria attraverso lo spaziotempo di Minkowski (ecco perché ci tengo molto a riuscire a descriverlo in modo comprensibile) diventa quasi un gioco da ragazzi provare la validità dei principi di partenza.

Mi raccomando, non consideriamolo un serpente che si morde la coda, ma una specie di iterazione successiva o -ancora meglio- di un’autoconferma. Senza principi empirici non nascerebbero teorie generali basate su principi fondamentali, del tutto verificabili a posteriori. Ne risulta un  salto di qualità enorme dei principi rispetto alle relazioni. Le seconde nascono durante la formulazione della teoria, ne sono delle ovvie (si fa per dire) conseguenze. I principi possono anche diventare relazioni, ma hanno un’importanza ben più generale e complessa.

Senza di loro, le teorie di principio non si potrebbero costruire. Essi rappresentano l’essenza stessa dell’intera teoria. In questo rispetto, mi permetto di asserire che il PI è il vero “lampo” primigenio empirico della MQ, dove la parola “empirico” assume un ruolo ben diverso da quello comune e assurge a quello di concetto fisico fondamentale.

Non tutti sono stati e sono d’accordo, ma noi ci possiamo permettere di fantasticare e discutere, soprattutto perché ci basiamo non su illazioni ma su dati di fatto. Questa è la differenza fondamentale di questa discussione corale rispetto alle estrapolazioni fantastiche che non si reggono sulla conoscenza profonda della materia. Noi conosciamo bene la MQ (insomma… abbastanza bene o, ancora meglio, sufficientemente bene) e il PI. La nostra diventa, quindi, solo un’interpretazione e una descrizione di ciò che è provato e stabilito da menti sublimi e ben superiori alle nostre.

Non vi sarà sfuggita, fin da ora, la non difficile trasposizione di un concetto puramente fisico a base fondamentale di tutto il creato. Se il PI è il principio della MQ e la MQ è la migliore rappresentazione della realtà fisica, il PI potrebbe essere considerato il vero motore del Cosmo, la sua essenza più intima e segreta.

Va bene… consideratelo un piccolo antipasto e cominciate a pensarci sopra…

8 commenti

  1. Alvermag

    Ah, Enzone, con questi argomenti mi mandi in brodo di giuggiole!

    Tanto per scaldare i motori in attesa del ... decollo, vuoi vedere che il nostro mondo è una sorta di gioco di scatole cinesi?

    La meccanica classica sta dentro alla relatività che sta dentro alla MQ.
    Per passare dall'una all'altra bisogna abbandonare il nostro microcosmo a velocità sempre più alte (relatività) per raggiungere i confini dell'universo sperimentando il multiverso(MQ)!
    Ma allora la MQ potrebbe essere a sua volta contenuta nella ...

    Tanti anni fa vidi uno straordinario telefilm di fantascienza (credo appartenesse alla serie "ai confini della realtà") in cui normali individui conducevano la loro tranquilla esistenza domestica. Ad un tratto la loro casa fu sconvolta da un tremendo "terremoto". La scena televisiva fu spostata all'esterno della casa e si vide che la casa non era che un giocattolo nelle mani di una capricciosa bambina e i personaggi del telefilm delle marionette! Non l'ho mai dimenticato .... chissà se anche noi siamo marionette nelle mani di qualcuno con qualche dimensione in più ...

  2. caro Alvy,
    no, non penso di giocare alle scatole cinesi. A me basterebbe estrarre un concetto base, attorno a cui si muove il tutto (indipendentemente dalle dimensioni). Se multiversi devono essere vorrei che scaturissero dal principio base. Ma non pretendo certo di risolvere la questione. Mi basterebbe riuscire a capire al meglio con chi abbiamo a che fare... sulla base di ciò che dovremmo sapere, senza lanciarmi in ipotesi azzardate e non verificabili. Non so se mi spiego... Lungi da me fantasticare su teorie aleatorie e non confermabili con i dati. :wink:

  3. Ah... quei filmetti erano una piccola meraviglia e ultimamente ne hanno ritrasmesso parecchi verso le 20 su rai3. Oggi non ne fanno più di cose del genere e quelli vecchi li trasmettono d'estate a ore strane per non rischiare di fare pensare un po' i telespettatori, ansiosi di sentire litigare, insultare e dire parolacce e sconcezze da vecchia caserma. Il tutto condito da tanti pianti a base di cipolla nascosta... :-x

  4. Mik

    Tante speculazioni cercano di ricondurre l'universo alla computazione di un algoritmo da parte di una qualche Supermacchina. Tipo The Matrix, insomma. Noi non ci accorgiamo di nulla, normalmente, ma in situazioni particolari potrebbero emergere degli indizi di come questa Supermacchina funzioni e di quali siano i suoi "limiti computazionali". Il principio di Heisenberg potrebbe essere tra questi - forse un limite nella precisione dei calcoli? Io poi non posso fare a meno di pensare che il limite della velocità della luce come velocità massima alla quale può propagarsi un segnale sia un altro indizio di un qualche altro limite di località degli effetti (sì sono un informatico se non s'era capito!)

  5. Gianni bolzonella

    I mattoncini sono liberi e sfuggenti nello spazio che li genera,come il plancton.Poi qualcosa li aggrega e perdono la loro libertà , sono cementati in quel che noi chiamiamo tempo,poi il tempo dell'evento si esaurisce e tornano liberi come prima,sciogliendo allo spazio un piccolo crampo.( Non è un'affermazione è solo una libertà poetica)

  6. Tu Mik la chiami "macchina", io preferirei chiamarla "legge universale" o -ancora meglio "regola di vita" e addirittura "creazione". Che sia Big Bang o quello che si vuole il PI potrebbe essere ancora più primordiale, ossia l'unica essenza del Cosmo primigenio. E' in fondo lui che fa nascere l'energia e il tempo... Ma, andiamo avanti piano piano...
    La costante di Planck fa parte del PI e non è un suo limite... Nasce dal PI e non gli impone quelli che noi chiamiamo incertezza di misura. Sempre per me, ovviamente....

  7. Caro Giorgio,
    l'essenza del PI nasce fin da quando non vi erano mattoncini liberi. Dopo diventa una regola di vita, ma prima?

  8. alexander

    Ormai dopo tutte le informazioni che ci ha lasciato sulla MQ anche noi non possiamo che convenire con te sul fatto che essa sia la migliore rappresentazione che abbiamo della realtà.
    Ciò non toglie che questa teoria, con il suo principio di indeterminazione, mi ha messo sempre una grande ansia addosso! :-o
    Non è tanto il fastidio di arrivare alla consapevolezza di vivere in un universo non del tutto determinabile quanto piuttosto la sensazione di incompiutezza che avverto, la sensazione che manchi qualcosa, quella di un cerchio che non si chiude....
    Magari è una sensazione che non avverto solo io e magari è per questo che ci sono centinaia di teorie speculative su universi paralleli, magari e per ingannare la nostra mente e farci pensare che il cerchio possa chiudersi analizzando il comportamento di infiniti universi paralleli nel loro complesso...
    Chissà! :-o

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