“La realtà non è come appare”: affascinanti storie di gravità quantistica

Tempo, spazio e materia appaiono generati da un pullulare di eventi quantistici elementari. Comprendere questa tessitura profonda della realtà è l’obiettivo della ricerca in gravità quantistica, la sfida della scienza contemporanea dove tutto il nostro sapere sulla natura viene rimesso in questione. Per la rubrica Racconti d’Ambiente, pubblichiamo oggi la prefazione del libro “La realtà non è come ci appare“, da poco pubblicato da Raffaello Cortina Editore. Nel volume Carlo Rovelli, uno dei principali protagonisti di questa linea di ricerca, conduce il lettore al cuore dell’indagine in modo semplice e avvincente. Racconta come sia cambiata la nostra immagine del mondo dall’Antichità alle scoperte più recenti: l’evaporazione dei buchi neri, l’Universo prima del big bang, la struttura granulare dello spazio, il ruolo dell’informazione e l’assenza del tempo in fisica fondamentale. L’autore disegna un vasto affresco della visione fisica del mondo, chiarisce il contenuto di teorie come la relatività generale e la meccanica quantistica, ci porta al bordo del sapere attuale e offre una versione originale e articolata delle principali questioni oggi aperte. Soprattutto, comunica il fascino di questa ricerca, la passione che la anima e la bellezza della nuova prospettiva sul mondo che la scienza svela ai nostri occhi.

Siamo ossessionati da noi stessi. Studiamo la nostra storia, la nostra psicologia, la nostra filosofia, la nostra letteratura, i nostri dèi. Molto del nostro sapere è un rigirare dell’uomo intorno a se stesso, come fossimo noi la cosa più importante dell’Universo. Credo che a me la fisica piaccia perché apre la finestra e guarda lontano. Mi dà il senso di aria fresca che entra nella casa.

Quello che vediamo di là dalla finestra non fa che meravigliarci. Abbiamo imparato moltissimo sull’Universo. Nel corso dei secoli abbiamo riconosciuto molti dei nostri errori. Credevamo che la Terra fosse piatta. Che fosse ferma al centro del mondo. Che l’Universo fosse piccolo e rimanesse sempre uguale a se stesso. Credevamo che gli uomini fossero una stirpe a parte, senza parentele con gli altri animali. Abbiamo imparato che esistono quark, buchi neri, particelle di luce, onde di spazio e straordinarie architetture molecolari in ogni cellula del nostro corpo. L’umanità è come un bimbo che cresce e scopre con stupore che il mondo non è solo la sua stanzetta e il suo campo giochi, ma è vasto, ci sono mille cose da scoprire e idee da conoscere diverse da quelle fra le quali è cresciuto. L’Universo è multiforme e sconfinato, e continuiamo a scoprirne nuovi aspetti. Più impariamo sul mondo, più ci stupiamo della sua varietà, bellezza e semplicità.

Ma più scopriamo, più ci rendiamo anche conto che quello che ancora non sappiamo è più di quanto abbiamo già capito. Più potenti sono i nostri telescopi, più vediamo cieli strani e inaspettati. Più guardiamo i dettagli minuti della materia, più scopriamo strutture profonde. Oggi vediamo quasi fino al bigbang, la grande esplosione da cui 14 miliardi di anni fa sono nate tutte le galassie del cielo; ma già cominciamo a intravedere che c’è qualcosa al di là del big bang. Abbiamo imparato che lo spazio s’incurva, e già cominciamo a intravedere che questo stesso spazio è intessuto con grani quantistici che vibrano.

Quello che sappiamo sulla grammatica elementare del mondo sta continuando a crescere. Se cerchiamo di mettere insieme quanto abbiamo imparato sul mondo fisico nel corso del xx secolo, gli indizi puntano a qualcosa di profondamente diverso dalle idee su materia ed energia, su spazio e tempo, che ci hanno insegnato a scuola. Emerge una struttura elementare del mondo in cui non esiste il tempo e non esiste lo spazio, generata da un pullulare di eventi quantistici. Campi quantistici disegnano spazio, tempo, materia e luce, scambiando informazione fra un evento e l’altro. La realtà è una rete di eventi granulari; la dinamica che li lega è probabilistica; fra un evento e l’altro, spazio, tempo, materia ed energia sono sciolti in una nuvola di probabilità.

Questo mondo nuovo e strano emerge oggi lentamente dallo studio del principale problema aperto nella fisica fondamentale: la gravità quantistica. Il problema di rendere coerente quello che abbiamo compreso del mondo attraverso le due grandi scoperte della fisica del xx secolo, relatività generale e teoria dei quanti. Alla gravità quantistica e allo strano mondo che talericerca ci sta schiudendo è dedicato questo libro.

Racconta dal vivo la ricerca in corso: quello che stiamo imparando, quello che sappiamo e quello che oggi ci sembra di cominciare a capire della natura elementare delle cose. Inizia dalle origini, lontane, di alcune idee chiave che ci permettono di mettere oggi ordine nei nostri pensieri del mondo. Descrive le due grandi scoperte del xx secolo, la teoria della relatività generale di Einstein e la meccanica quantistica, cercando di mettere a fuoco il cuore del loro contenuto fisico. Racconta l’immagine del mondo che sta oggi emergendo dalla ricerca in gravità quantistica, tenendo conto delle ultime indicazioni che ci ha dato la Natura, come le conferme del modello standard cosmologico ottenute con il satellite Planck (2013) e la mancata osservazione delle particelle supersimmetriche, attese da molti, al CERN (2013). Discute le conseguenze di queste idee:la struttura granulare dello spazio, la sparizione del tempo a piccolissima scala, la fisica del big bang, l’origine del calore dei buchi neri, fino a quello che intravediamo sul ruolo dell’informazionealla base della fisica.

Nel mito famoso che Platone racconta nel Libro VII della Repubblica, gli uomini sono incatenati nel fondo di una caverna buia e vedono solo ombre, proiettate da un fuoco alle loro spalle sulla parete davanti a loro. Pensano che quella sia la realtà. Uno di loro si libera, esce e scopre la luce del sole e il vasto mondo. All’inizio la luce lo stordisce, lo confonde: i suoi occhi non sono abituati. Ma riesce a guardare e torna felice dai compagni per dire loro quello che ha visto. I compagni stentano a credergli. Noi siamo tutti in fondo a una caverna, legati alla catena della nostra ignoranza, dei nostri pregiudizi, e i nostri deboli sensi ci mostrano ombre. Cercare di vedere più lontano spesso ci confonde: non siamo abituati. Ma ci proviamo. La scienza è questo. Il pensiero scientifico esplora e ridisegna il mondo, ce ne offre immagini via via migliori: ci insegna a pensarlo in modo più efficace. La scienza è un’esplorazione continua di forme di pensiero. La sua forza è la capacità visionaria di far crollare idee preconcette, svelare territori nuovi del reale e costruire nuove e più efficaci immagini del mondo. Questa avventura poggia sull’intera conoscenza accumulata, ma la sua anima è il cambiamento. Guardare più lontano. Il mondo è sterminato e iridescente; vogliamo andarlo a vedere. Siamo immersi nel suo mistero e nella sua bellezza, e oltre la collina ci sono territori ancora inesplorati. L’incertezza in cui siamo immersi, la nostra precarietà, sospesa sull’abisso dell’immensità di ciò che non sappiamo, non rende la vita insensata: la rende preziosa.

Ho scritto questo libro per raccontare quella che per me è la meraviglia di questa avventura. L’ho scritto pensando a un lettore che non sappia nulla di fisica, ma sia curioso di sapere che cosa capiamo e che cosa non capiamo oggi della trama elementare del mondo, e dove stiamo cercando. E per provare a comunicare la bellezza mozzafiato del panorama sulla realtà visibile da questa prospettiva.

L’ho scritto anche pensando ai colleghi, compagni di viaggio sparsi in tutto il mondo, o ai giovani appassionati di scienza che vogliano incamminarsi per questa via. Ho cercato di tratteggiare il panorama generale sulla struttura del mondo fisico,visto alla doppia luce della relatività e dei quanti, così come credo possa stare insieme. Non è un libro di sola divulgazione; è anche un libro per articolare un punto di vista coerente, in un campo di ricerca in cui l’astrattezza tecnica del linguaggio rischia talvolta di rendere poco visibile la visione d’insieme. La scienza è fatta di esperimenti, ipotesi, equazioni, calcoli e lunghe discussioni, ma questi sono solo strumenti, come gli strumenti dei musicisti. Alla fine, quello che conta nella musica è la musica, e quello che conta nella scienza è la comprensione del mondo che la scienza riesce a offrire. Per capire il significato della scoperta che la Terra gira intorno al Sole non serve addentrarsi nei complicati calcoli di Copernico; per capire l’importanza della scoperta per cui tutti gli esseri viventi del nostro Pianeta hanno gli stessi antenati non c’è bisogno di seguire le complesse argomentazioni del libro di Darwin. La scienza è leggere il mondo da un punto di vista via via più ampio.

In questo libro racconto lo stato attuale della ricerca di questa nuova immagine del mondo, così come lo capisco oggi, cercando di metterne a fuoco i nodi essenziali e i nessi logici. Come lo si racconterebbe a un collega e amico che ti chiedesse:“Ma tu, come pensi che stiano davvero le cose?”, camminando lungo il mare in una lunga notte d’estate.

Carlo Rovelli*

* Creatore di una delle principali linee di ricerca in gravità quantistica, è tra i fisici teorici più attenti alle implicazioni filosofiche dell’indagine scientifica. Membro dell’Istituto universitario di Francia e dell’Accademia internazionale di filosofia delle scienze, dirige il gruppo di ricerca in gravità quantistica dell’Università di Aix-Marsiglia. Collabora con il Domenicale del Sole24Ore.