A spasso nella fisica moderna

Di Simona Rubeis

Spesso, quando si parla di scienza, l’attenzione corre subito alle scoperte più spettacolari: nuove particelle, buchi neri, materia oscura. Ma per capire davvero il mondo in cui viviamo, non basta inseguire le novità; serve anche riscoprire le idee fondamentali che hanno trasformato il nostro modo di vedere la realtà.

È attorno a questo filo conduttore che ruota «A spasso nella fisica moderna», un volume collettivo firmato da Massimo Cencini, Andrea Puglisi, Davide Vergni e Angelo Vulpiani. Non a caso, il libro si apre con un aneddoto sorprendente che ricorda l’episodio in cui il re di Prussia, chiedendo al suo astronomo se ci fossero novità nel cielo, ricevette la risposta secca e provocatoria: “Maestà, conosce già tutte le vecchie cose?”

Il libro non nasce come trattato specialistico, ma come una raccolta di strumenti concettuali accessibili, pensati per orientarsi in una realtà complessa e multiforme.

Per approfondire meglio questi temi, ci siamo rivolti al professor Vulpiani, tra gli autori dell’opera.

Professore, dunque, se dovesse raccontare «A spasso nella fisica moderna» in poche frasi, non come autore ma come lettore curioso, quale viaggio tra idee e storie di scienziati proporrebbe?

La scienza è un’attività umana, con tante sfaccettature e motivazioni, da quelle meramente pratiche, ai tentativi per sviluppare una visione del mondo. In questa impresa, che va avanti almeno dal tempo di Archimede, si intrecciano gli sforzi per costruire grandi teorie generali, ma anche per spiegare fatti apparentemente marginali.

Le vie che portano alla comprensione di fenomeni complessi non seguono protocolli prefissati, meglio lasciarsi trascinare dalla propria curiosità e cercare un proprio percorso nel maelstrom della turbolenza e nei territori del caos e della meccanica statistica.

Il libro invita il lettore a fare una sorta di “passeggiata” tra idee della fisica, della matematica e storie di scienziati. Che tipo di paesaggio scientifico incontrerà chi accetta questo invito?

Nell’introduzione il lettore trova un grafo con alcuni possibili percorsi: quello sul caos e l’incertezza, un altro sulla meccanica statistica, quello sui modelli ed altri ancora; ma sono solo suggerimenti, il libro può essere letto in tanti modi, anche partendo da una voce a caso e poi saltare su un’altra che sembra interessante e così via.

Ritorno alla mia introduzione, richiamando l’aneddoto del re di Prussia, per chiederle quali sono le “vecchie cose” della scienza che si dovrebbero conoscere ma che invece rimangono ignorate.

Nella divulgazione si insiste molto sull’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo, nella versione inglese del libro il sottotitolo era volutamente provocatorio: “Oltre i buchi neri ed i viaggi nel tempo”. Purtroppo, è praticamente impossibile, in assenza di studi avanzati, avere una comprensione tecnica della scienza moderna. Ma, a nostro avviso, non è necessario cercare di capire le ultimissime cose. La fisica e la matematica del XIX secolo e della prima metà del XX contengono aspetti di grande importanza sia tecnica che concettuale. Un esempio per tutti: il moto browniano, un fenomeno apparentemente marginale scoperto nel 1827 dal botanico inglese Robert Brown che osservò come grani di materia di dimensioni di qualche millesimo di millimetro, sospesi in acqua hanno un moto erratico. All’inizio del XX secolo Einstein capì che questo fenomeno era la chiave per dare un’evidenza sicura dell’esistenza degli atomi; diciamo che, anche se non si vedono (almeno all’epoca di Einstein) gli atomi si possono contare. Questa intuizione fu confermata dal lavoro sperimentale di Perrin; inoltre, il moto browniano ha ispirato la nascita della moderna teoria dei processi stocastici, tematica che è ora rilevante anche in ambito finanziario per fissare il prezzo dei prodotti derivati.

Aprendo il libro, ci si imbatte in una citazione di un vero e proprio maestro dell’aforisma e dell’ironia disincantata, Ennio Flaiano: “Stanco dell’infinitamente piccolo e dell’infinitamente grande, lo scienziato si dedicò all’infinitamente medio”. È una sorta di piccola bussola che orienta il lettore prima di entrare nel libro?

Diciamo che oltre ad essere un omaggio al grande Flaiano, l’affermazione rivela l’importanza di quelle tematiche della fisica che sono a metà strada tra il mondo dell’infinitamente grande dell’astronomia e l’infinitamente piccolo delle particelle elementari. Tra questi due estremi ci sono tante cose molto interessanti e non banali, che possiamo chiamare mondo mesoscopico: i colloidi, i polimeri, le proteine, i nanosistemi, i motori molecolari, e molto altro. Nel 1972 il premio Nobel P.W. Anderson scrisse un famoso articolo dal titolo ”More is different” che divenne il manifesto sull’importanza, anche concettuale, del mondo mesoscopico, ci fu un acceso dibattito con S. Weinberger, anche lui premio Nobel, che invece sosteneva la superiorità concettuale dell’infinitamente piccolo. Inutile dire che il nostro eroe `e Anderson, pioniere della complessità.

Vorrei fare un passo indietro per parlare della struttura del libro, concepito come un volume in 29 voci in ordine alfabetico. Qual è la ragione di questa impostazione? Qual è il registro narrativo?

Volevamo evitare di fare una cosa troppo noiosa, così abbiamo proposto 29 voci da collegare a scelta. Il titolo in inglese ”Random walk in physics” rende meglio l’idea: il random walk (passeggiata aleatoria) è anche il prototipo dei processi stocastici che descrivono il moto browniano che tanta importanza ha avuto nello sviluppo della scienza moderna.

Lei riprende la celebre idea delle “due culture” di Charles Snow che, in qualche modo sottolinea che si è considerati ignoranti se non si conosce Shakespeare, ma non se non si conosce il secondo principio della termodinamica.

Pensa che questa asimmetria sia ancora così forte oggi?

Temo di si, ricordo Berlusconi che definì di terrificante difficoltà una dichiarazione di Brunetta in cui appariva la parola derivata (concetto che dovrebbe essere alla portata di uno studente del liceo scientifico), per non parlare di quanto abbiamo visto durante il COVID: una classe politica che ha chiari problemi con i logaritmi, e non sembra se ne preoccupi.

In fondo, però la differenza c’è: la letteratura punta alle emozioni, la scienza alla ragione. Nonostante ciò, il parallelismo funziona a suo parere?

Sono convinto che la scienza e la letteratura siano due facce della cultura, non così diverse. Nella scienza ci sono profondi aspetti estetici: chiunque abbia studiato fisica teorica non può non rimane affascinato dall’eleganza della derivazione dell’equazione di Dirac. Purtroppo, questa bellezza è apprezzabile solo con una certa preparazione; ma anche per comprendere appieno Leopardi servono conoscenze storiche e filosofiche.

Se doveste indicare poche idee scientifiche fondamentali che ogni cittadino dovrebbe conoscere per comprendere meglio il mondo contemporaneo, quali sceglierebbe?

Domanda difficile, sicuramente la mia opinione è influenzata dalla mia formazione e dal mio campo di ricerca: direi i concetti di base della probabilità, in modo da capire l’affidabilità di un’analisi di laboratorio e di non cadere nella trappola della ludopatia inseguendo i numeri ritardatari al lotto.

Una riflessione contro la scienza “spettacolo”. Lei critica una divulgazione che punta soprattutto su scoperte spettacolari come materia oscura o nuove particelle. Qual è invece, la sua idea? Esiste un modo più efficace, ma anche più accattivante, per raccontare la scienza?

Sì. Credo che una divulgazione basata sull’effetto wow sia deleteria, e non capisco il motivo dell’insistenza su argomenti ancora poco chiari. Inoltra la banalizzazione può avere effetti devastanti: dire, come è stato detto da un popolare docente di fisica con grande impatto sui social, che la forza di gravità è come l’attrazione tra due innamorati, magari è buono per avere tanti like, ma non significa nulla, anzi è completamente fuorviante.

La divulgazione scientifica è difficile, inutile negarlo, il motivo è ovvio: l’aspetto tecnico, in particolare la matematica.

Ci sono due approcci possibili: uno (quello del giornalismo scientifico) che privilegia la tecnica della comunicazione a discapito della precisione, l’altro (quello degli scienziati professionisti) che punta sull’accuratezza, ma con limitate capacità di presentazione. Sarebbe opportuno qualcosa che metta insieme il meglio dei due modi di procedere, ma `e non banale, e rimane il problema della selezione degli argomenti.

In “A spasso nella fisica moderna” vengono trattati argomenti come caos, probabilità, complessità e meccanica statistica. Perché queste idee sono così importanti per capire il mondo di oggi? E poi, sono adeguatamente affrontate nei programmi scolastici?

Sono un fisico teorico e per me questi argomenti hanno un’importanza di tipo tecnico e anche concettuale. Ma anche nelle nostre attività quotidiane incontriamo la probabilità nelle assicurazioni, la finanza, ed anche, ma è banale, nei giochi; avere un’idea del caos ci permette di capire meglio l’affidabilità delle previsioni meteo.

Queste tematiche sono piuttosto avanzate, comunque qualcosa potrebbe essere fatto anche a livello delle scuole superiori, già c’è qualcosa sulla probabilità; per il caos si potrebbe partire con lo studio di sistemi a tempi discreti, argomento che non presenta particolari difficoltà ma permette di introdurre il concetto di sensibile dipendenza dalla condizione iniziale, quello che è chiamato effetto farfalla.

Qua e là, si trova spazio anche per le vite degli scienziati. È importante raccontare la dimensione umana, con le rivalità, i dubbi e i conflitti che hanno accompagnato molte grandi scoperte?

Credo proprio di sì. Tutti sanno qualcosa della vita di Leopardi e di Pascoli, e quanto l’ambiente familiare ed il contesto storico siano stati fondamentali nella loro poesia. Perché non dovrebbe essere ugualmente importante sapere qualcosa di uno scienziato? Cito due grandi figure in cui l’ambiente culturale e storico s’è intrecciato con la loro ricerca: Boltzmann che nella sua strenua lotta per l’atomismo si scontrò con la dominante corrente filosofica di tipo positivista, e Richardson, visionario pioniere della meteorologia moderna, che anticipò tematiche di grande importanza come i frattali, il calcolo parallelo e le tecniche per le previsioni meteo, la sua carriera fu costellata da ripetute dimissioni dovute alle sue profonde convinzioni pacifiste che non gli permettevano di studiare tematiche di possibile utilizzo militare.

Gli scienziati, non diversamente dagli artisti ed i letterati, sono soggetti ad influenze culturali, passioni, anche antipatie personali. Interessante e divertente il caso della nascita delle catene di Markov che ora `e un metodo fondamentale della teoria della probabilità. All’inizio del XX secolo il grande matematico russo Markov, convinto ateo e ferocemente antizarista, fu coinvolto in un animato dibattito con il matematico bigotto e reazionario Nekrasov. Ecco, in una lettera ad un amico, l’annuncio soddisfatto della nascita delle catene di Markov: “Sono arrivato alla costruzione di un sistema con un carattere così generale che P.A. Nekrasov non può neanche sognarsela. Ho considerato variabili connesse in una semplice catena, da questo viene l’idea della possibilità di estendere i teoremi limite anche a queste catene.”

Un’ultima domanda, prima di ringraziarla per questa curiosa incursione nel mondo della fisica. Se un lettore, dopo la sua “passeggiata” tra le idee della fisica e della matematica, dovesse portarsi a casa una sola intuizione nuova sulla scienza, quale le piacerebbe che fosse?

Per rispondere, riporto cosa scriveva il grande fisico britannico Freeman Dyson: “Se la scienza smette di essere una ribellione contro l’autorità, non merita il talento dei nostri figli migliori”. Non si tratta di retorica, la scienza deve essere qualcosa che vada oltre le applicazioni, che sono ovviamente importanti, la scienza è un aspetto della cultura che si intreccia con la filosofia e la visione del mondo. Mi piace ricordare l’atomismo, che nasce da un’intuizione visionaria di Leucippo e Democrito (IV secolo AC), divulgato dal grande poema di Lucrezio, contrastato dalla chiesa cattolica, considerato cattiva metafisica dalla filosofia positivista del tardo Ottocento, trionfa infine all’inizio del XX secolo, grazie al gigantesco lavoro di Maxwell e Boltzmann e lo studio del moto browniano. Un fenomeno apparentemente marginale, ma che, grazie alle intuizioni teoriche di Einstein e gli esperimenti di Perrin ci ha fatto capire qualcosa di veramente importante.

Magari si potrebbe dire che non `e una cosa nuovissima, pazienza meglio una cosa chiara ed importante anche non di oggi, che qualcosa nuova ma incerta che poi magari si scopre neanche vera, e su questo condividiamo l’opinione dell’astronomo di corte del re di Prussia.

A spasso nella fisica moderna

Le idee e gli scienziati

di Massimo Cencini, Andrea Puglisi, Davide Vergni, Angelo Vulpiani

Prefazione di Giuseppe Mussardo

Castelvecchi Editore