I vestiti nuovi della fisica


Che Sir Roger Penrose sia un personaggio piuttosto anticonvenzionale persino nel mondo tradizionalmente eccentrico della fisica teorica lo dimostra non tanto la sua figura, che incarna alla perfezione lo stereotipo del vecchio professore di Oxford, quanto l’insieme dei libri da lui pubblicati a partire dal 1989, quando uscì un testo destinato a suscitare un enorme dibattito: La mente nuova dell’Imperatore. In esso, Penrose usciva dagli steccati della disciplina che lo aveva tenuto occupato per tutta la sua carriera (la gravità quantistica) per inoltrarsi in un ambito piuttosto insidioso, quello del rapporto tra fisica e neuroscienza, proponendo una teoria secondo cui la coscienza è di fatto un fenomeno quantistico, che avviene all’interno di precise microstrutture del cervello umano. Molti sostenitori della New Age ci andarono a nozze, non potendo credere che quel compassato studioso offrisse loro sul piatto d’argento la prova che, come vogliono alcune visioni pseudoscientifiche della meccanica quantistica, sarebbe la coscienza umana a dare forma alla realtà (e a influenzarla). Da allora Penrose si è trovato a difendersi dall’accusa di essere un maverick della fisica, come egli stesso ricorda di essere stato definito da un intervistatore qualche anno fa; nel mentre ha continuato a difendere con altri titoli la sua teoria del cervello quantistico, pur smentita da tutte le parti, per poi ritornare nel più confortevole alveo della fisica teorica e della cosmologia con il ponderoso volume La strada che porta alla realtà (2005), nel quale peraltro presentava per la prima volta in forma divulgativa la sua teoria dei twistor come approccio alla gravità quantistica, e Dal Big Bang all’eternità (2011), nel quale ha introdotto una nuova teoria eretica di “cosmologia ciclica”.

Divulgazione scientifica rigorosa quanto basta
Il suo nuovo libro Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe, tradotto in Italia con il fantasioso titolo Numeri, teoremi & minotauri, rappresenta dunque una sorta di testamento intellettuale (Penrose ha pur sempre 85 anni, anche se continua a viaggiare per il mondo per partecipare a importanti convegni di settore), perché riassume la sua visione critica di un certo modo di fare fisica teorica che si è stabilito negli ultimi decenni, difendendo al tempo stesso le sue idee alternative come validi approcci nella ricerca della realtà ultima. Lo fa con il suo classico stile che non offre scorciatoie al lettore, infarcendo il libro di alta matematica e delle sue splendide immagini che richiedono sempre un certo sforzo per essere comprese e apprezzate; ma in tal modo stabilisce anche una distanza dal mondo della divulgazione scientifica tradizionale, quella secondo cui ogni equazione in un libro dimezza il numero di copie vendute, dimostrando che è possibile parlare in una sola pubblicazione tanto ai colleghi specialisti quanto al pubblico di lettori non specializzati.

Numeri, teoremi & minotauri si situa all’interno di un grande dibattito iniziato nel 2006, quando apparvero due testi destinati a provocare un autentico terremoto nella fisica: quello di Lee Smolin L’universo senza stringhe e quello di Peter Woit Neanche sbagliata, entrambi duri attacchi al mainstream rappresentato dalla teoria delle stringhe. Smolin e Woit attaccarono quello che, a partire dagli anni Ottanta, era divenuto il paradigma dominante della fisica teorica, che non ammetteva alternative, scimmiottando il motto neoliberista there is no alternative. Le stringhe, per i due fisici, si erano invece rivelate un vicolo cieco, che continuava a perdurare solo a causa dell’inerzia delle politiche accademiche nei dipartimenti di fisica americani, completamente in mano agli stringhisti, tanto che chi non voleva esserlo aveva dovuto emigrare in Canada o in Europa. Da allora non solo gli approcci alternativi alle stringhe, in particolare la gravità quantistica a loop, ma anche in parte quella dei twistor, sono tornati in auge, ma è aumentata l’attenzione tanto dei filosofi e dei sociologi della scienza quanto degli stessi fisici teorici sui limiti della loro disciplina: è il caso del libro Farewell to Reality (2014) di Jim Baggott, giornalista scientifico e divulgatore britannico, che non disdegna di bollare alcune teorie oggi in voga con l’epiteto di fairy-tale physica, “fisica fantastica”, o del celebre editoriale su Nature del dicembre 2014 a firma dei fisici George Ellis e Joe Silk, nel quale veniva chiesto di “difendere l’integrità della fisica” da teorie che non possono essere sottoposte al vaglio sperimentale.

L’inconfondibile personalità e l’autorevolezza dell’autore
Penrose ci aggiunge del suo. Lo fa dall’alto di una lunghissima e brillante carriera che lo ha reso uno dei pensatori più originali e brillanti ancora vivi in questo secolo, quasi alla pari di quello che fu definito “l’ultimo dei titani” (Tegmark, 2014), John Archibald Wheeler, con il quale Penrose sembra condividere l’approccio iconoclasta nei confronti delle teorie mainstream. Perciò, quando attacca la teoria delle stringhe (o meglio la sua versione più aggiornata, la teoria M) non lo fa tirando in ballo i soliti argomenti relativi all’impossibilità di una verifica sperimentale, ma dimostrandone le fallacie logiche e matematiche, in particolare riguardo il pilastro su cui si regge tutta la teoria, quello delle “dimensioni nascoste” (per funzionare, infatti, la teoria M richiede l’esistenza di non meno di nove dimensioni spaziali extra rispetto a quelle note). Gli argomenti con cui Penrose mette in crisi l’attuale credo nell’iperdimensionalità del reale sono originali, semplici e convincenti, tanto che è impossibile non sentire l’intera teoria scricchiolare sotto il peso delle argomentazioni. Ancora più lapalissiana è la sua constatazione del fatto che l’ultimo grande balzo in avanti compiuto dalla teoria, ossia la corrispondenza AdS/CFT scoperta da Juan Maldacena nel 1997, secondo cui sembra esistere una corrispondenza tra la fisica delle particelle quadrimensionale che conosciamo e una teoria delle stringhe a nove dimensioni se si accetta che l’universo sia una sorta di “proiezione olografica”, prevede un universo anti-de Sitter, cioè con una costante cosmologica attrattiva e non repulsiva come invece avviene nel nostro universo. Da questo punto di vista, osserva Penrose, l’incontrovertibile scoperta di un valore positivo della costante cosmologica nel 1998, causa della cosiddetta energia oscura che genera un’accelerazione dell’espansione dell’universo, avrebbe dovuto rappresentare una clamorosa sconfessione della teoria M, laddove invece i suoi sostenitori ne continuano a difendere il successo.

Nella visione di Roger Penrose, i “twistor” sono strumenti matematici con cui è possibile ottenere una teoria della gravità quantistica.

Se quindi, nel caso della teoria delle stringhe, il suo perdurante successo deriverebbe dall’influenza della “moda” nella ricerca scientifica, Penrose ne ha anche per la meccanica quantistica, soggetta a una “fede” cieca per quanto attiene all’interpretazione del suo statuto ontologico, la cosiddetta interpretazione di Copenaghen, che ne risolve i paradossi sostenendo che la realtà è fondamentalmente indeterminata al livello quantistico e assuma contorni deterministici solo in presa di un apparato di misurazione. Le alternative prese in considerazione, come i “molti mondi” proposti da Hugh Everett e Bryce De Witt (secondo cui l’indeterminazione quantistica darebbe vita a innumerevoli universi paralleli) o la “decoerenza”, che risolve i paradossi sostenendo che un sistema quantistico non può mai essere davvero separato dall’ambiente, che ne degrada le proprietà, sono per Penrose altrettanti vicoli ciechi. La sua controproposta punta a coniugare meccanica quantistica e relatività generale sostenendo che a provocare il passaggio dall’indeterminazione microscopica al determinismo macroscopico è nient’altro che la forza gravitazionale, facendo così a meno dell’esigenza di un osservatore che dia senso alla realtà (come nelle versioni più “spinte” dell’interpretazione di Copenaghen) o addirittura di un multiverso.

Il ruolo della fantasia nella costruzione delle teorie scientifiche
La fantasia, infine, è per Penrose la vera origine di teorie oggi dominanti in cosmologia come quella dell’inflazione, che spiega alcune discrepanze del modello standard del Big Bang ipotizzando un’energia repulsiva che, nei primi istanti di vita dell’universo, ne aumentò considerevolmente le dimensioni in pochi attimi, spianando lo spazio. A questo modello Penrose contrappone quello della cosmologia ciclica conforme già presentato nel suo libro del 2010, che immagina un universo precedente a quello attuale, da cui il nostro universo avrebbe ereditato alcuni aspetti (gli stessi che anche il modello inflazionario cerca di spiegare). In questa battaglia, Penrose non è solo: altre cosmologie cicliche sono state avanzate negli ultimi anni, in particolare l’universo ecpirotico di Paul Steinhard e Neil Turok (basato però sulla teoria M, a differenza di quello di Penrose), su cui recentemente si è innescata una nuova polemica.
Sul numero di febbraio 2017 di Scientific American, infatti, veniva pubblicato un articolo divulgativo di Steinhardt e della sua allieva Anna Ijjas che sosteneva l’inconsistenza della teoria dell’inflazione da un punto di vista empirico, poiché smentita anche da nuove osservazioni sulla radiazione cosmica di fondo. Tanto è bastato perché 33 fisici tra i principali sostenitori dell’inflazione, tra cui i primi proponenti della teoria negli anni Ottanta, tra i quali peraltro rientrava fino alla fine degli anni Novanta anche Steinhardt, pubblicassero una lettera aperta contro l’articolo e a favore dell’inflazione, che si chiudeva con la perentoria affermazione: “La scienza empirica è viva e vegeta!”.
Il libro di Penrose dimostra piuttosto che la scienza empirica non se la passa per niente bene quando si tratta della fisica teorica contemporanea; ma che al tempo stesso quest’ultima, a dispetto dei continui proclami su una sua “fine” imminente, è più viva che mai e continua a infiammare il dibattito.

Letture
  • Jim Baggott, Farewell to Reality, Pegasus Books, New York, 2014.
  • Anna Ijjas e Paul Steinhardt, Pop Goes the Universe, Scientific American, febbraio 2017.
  • Roger Penrose, La mente nuova dell’Imperatore, Rizzoli, Milano, 2000.
  • Roger Penrose, La strada che porta alla realtà, Rizzoli, Milano, 2005.
  • Roger Penrose, Dal Big Bang all’eternità, Rizzoli, Milano, 2011.
  • Lee Smolin, L’universo senza stringhe, Einaudi, Torino, 2007.
  • Max Tegmark, L’universo matematico, Bollati Boringhieri, Torino, 2014.
  • Peter Woit, Neanche sbagliata, Codice, Torino, 2007.

 

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