Teorie del tutto by Frank Close

autore:Frank Close [Close, Frank]
La lingua: ita
Format: epub
editore: Bollati Boringhieri
pubblicato: 2018-02-19T23:00:00+00:00

5. Questioni pesanti

Un universo di energia

Tra gli elementi costitutivi essenziali di una moderna teoria del tutto troviamo la meccanica quantistica e un principio basilare della teoria della relatività ristretta di Einstein: il fatto che la velocità della luce è una costante universale. È stato il fisico teorico americano Steven Weinberg ad affermare che una teoria definitiva del tutto dovrà includere entrambi gli aspetti. Sono d’accordo con lui, se non altro per mancanza di idee migliori, eppure fino all’inizio del XX secolo la scienza era progredita senza alcun bisogno né dell’una né dell’altra componente.1 Appare chiaro che è possibile formulare teorie di successo riguardanti una vasta gamma di fenomeni anche in assenza di parti fondamentali della vera teoria del tutto, come dimostrano gli esempi storici che abbiamo passato in rassegna finora. L’idea di Weinberg illustra non solo la robustezza della moderna teoria unificata, ma anche i difetti a cui una teoria definitiva deve porre rimedio.

Torniamo alle leggi del moto di Newton: a partire dal XVII secolo, e per i duecento anni successivi, descrissero il moto dei pianeti, della Luna e degli oggetti quotidiani sulla Terra, in linea con tutti i dati sperimentali. Se fossero esistite le apparecchiature moderne, Newton e soci avrebbero individuato deviazioni nella sesta posizione decimale che oggi interpretiamo come effetti della relatività. Se la fisica newtoniana ha avuto tanto successo e continua a essere utilissima per gli scopi pratici, è perché la velocità della luce, circa 300000 km/s, è enorme rispetto alle velocità degli oggetti studiati da tutti gli scienziati e gli ingegneri prima del XX secolo, e in pratica anche per la maggior parte delle situazioni di oggi.

Qui vediamo una regola chiave: una teoria efficace può funzionare nella pratica solo quando un parametro cruciale della «teoria definitiva» si trova su una scala molto diversa rispetto al valore delle grandezze concrete che vengono misurate. Pertanto la velocità di un oggetto rispetto a quella della luce è il segreto del successo di Newton, sebbene la teoria di Einstein sia più ricca e descriva la natura in maniera più completa.

Quando cerchiamo un parametro del genere, ovviamente dobbiamo confrontare il simile con il simile. Un elefante non è grande paragonato a un secondo, così come un chilometro non è piccolo rispetto alla velocità della luce. La chiave è tenere conto delle dimensioni. E dunque un elefante è grande paragonato a una pulce, e un chilometro è grande rispetto al diametro di un atomo di idrogeno. Nel caso della velocità della luce, un paragone sensato è quello con grandezze misurate in distanza per unità di tempo: un certo numero di chilometri al secondo rispetto ai 300000 km/s che indichiamo con c.

Esploriamo ora l’altro confine del paesaggio di Newton: la necessità della meccanica quantistica. La meccanica newtoniana funziona a livello empirico quando viene applicata a oggetti grandi (e naturalmente anche lenti). La meccanica quantistica è essenziale per ogni descrizione degli atomi e delle cose piccole. Ma «piccole» rispetto a cosa, esattamente? Nel caso delle velocità, dove le leggi di Newton funzionano perché le

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