Richard Feynman, Sei pezzi facili

In questo capitolo esamineremo le idee fondamentali della fisica: la natura delle cose come le vediamo al momento attuale. Non tratteremo la storia dell’evoluzione di queste idee: imparerete questi particolari a tempo debito.
Le cose di cui ci occupiamo nella scienza si mostrano in una miriade di forme, e con una moltitudine di attributi. Per esempio, se stiamo sulla spiaggia e guardiamo il mare, vediamo l’acqua, le onde che si infrangono, la schiuma, il movimento agitato dell’acqua, il suono, l’aria, il vento, le nuvole, il sole e il cielo azzurro, la luce; c’è la sabbia, pietre di varia durezza e stabilità, colore e consistenza. Ci sono animali e alghe, fame e malattia, e l’osservatore sulla spiaggia; ci possono essere perfino felicità e pensiero. Qualsiasi altro luogo in natura ha una simile varietà di cose e di influenze. E’ sempre così complicato, in qualsiasi luogo. La curiosità pretende che ci poniamo delle domande, che cerchiamo di mettere la cose insieme e di capire questa moltitudine di aspetti come il risultato, forse, dell’azione di un numero relativamente piccolo di cose e di forze elementari che agiscono in un’infinità varietà di combinazioni.
Per esempio: la sabbia è diversa dalle pietre? Cioè, non è forse la sabbia un gran numero di pietre piccolissime? La Luna non sarà magari una pietra enorme? Se capiamo le pietre, capiremmo anche la sabbia e la Luna? Il vento è un’agitazione dell’aria analoga all’agitazione dell’acqua del mare? Quali caratteristiche hanno in comune questi moti diversi? Cos’hanno in comune suoni diversi? Quanti colori diversi esistono? E così via. In questo modo cerchiamo di analizzare gradualmente tutte le cose, di mettere insieme cose che a prima vista sembrano diverse, con la speranza di poter ridurre il numero di cose diverse e quindi capire meglio. Qualche centinaio di anni fa si scoprì un metodo per trovare risposte parziali a questioni del genere. Osservazione, ragionamento ed esperimento costituiscono quello che chiamiamo metodo scientifico. […]
Cosa si intende quando si dice che “capiamo” una cosa? Possiamo immaginare che questo complicato apparato di cose in movimento che chiamiamo “mondo” sia simile ad una partita a scacchi giocata dagli dèi, di cui noi siamo spettatori. Non conosciamo le regole del gioco; tutto ciò che ci è permesso è guardare la partita. Naturalmente, se guardiamo abbastanza a lungo, all fine afferreremo alcune regole di base. Le regole del gioco sono ciò che chiamiamo fisica fondamentale. Anche se le conoscessimo tutte, comunque, potremmo non esssere in grado di capire perchè viene fatta una data mossa, magari perchè è troppo complicata, e le nostre menti sono limitate. Se giocate a scacchi saprete che è molto facile impararne le regole, ma è molto difficile, spesso, scegliere la mossa migliore, o capire perchè un giocatore faccia una certa mossa. Così è in natura, solo lo è ancora di più; però potremmo, almeno, riuscire a trovare tutte le regole, alla fine. In effetti ora non le abbiamo tutte. (Ogni tanto succede qualcosa di simile ad un arrocco, e ancora non lo capiamo). A prescindere dalla nostra imperfetta conoscenza delle regole, quello che in realtà si può spiegare tramite esse è ben poco, perchè in genere le situazioni sono così enormemente complicate che non si riesce, applicando le regole, a seguire le fasi della partita, né tantomeno a prevedere come andrà a finire. Perciò dobbiamo limitarci alla questione di base delle regole del gioco. Se conosciamo le regole, diremo che “capiamo” il mondo.
Come facciamo a dire se le regole che “ tiriamo ad indovinare” siano veramente giuste, visto che non riusciamo ad analizzare a fondo la partita? Ci sono, grosso modo, tre metodi. Primo, ci possono essere situazioni dove la natura è semplice ed è formata (o siamo noi a formarla) da così poche parti che possiamo prevedere quello che succederà, e controllare come funzionano le nostre regole. (In un angolo della scacchiera magari ci sono solo pochi pezzi, ed è possibile un’analisi esatta della situazione).
Il secondo modo è verificare le regole usando sotto-regole meno specifiche. Per esempio, la regola sulla mossa dell’alfiere è che si muove solo in diagonale. Dopo aver osservato molte mosse, si può dedurre che un certo alfiere si trova sempre su una casella bianca. Così, anche senza riuscire a seguire i particolari, possiamo verificare la nostra congettura sugli spostamenti dell’alfiere andando a vedere se si trova sempre su una casella bianca. Naturalmente sarà così, per un bel po’ di tempo, finchè all’improvviso non lo troviamo su una casella nera (naturalmente quello che è successo è che nel frattempo è stato mangiato, un’altra pedina è andata a regina e si è trasformata in un alfiere su una casella nera). Così succede in fisica. Per lungo tempo possiamo avere una regola che funziona in modo eccellente e completo, anche quando non riusciamo a seguire i particolari, e poi ad un certo punto ne scopriamo una nuova. Dal punto di vista della fisica di base, i fenomeni più interessanti sono quelli che si verificano nelle situazioni nuove, quando le regole non funzionano, non quelli in cui le regole funzionano! E’ così che si scoprono nuove regole.
La terza maniera per capire se le nostre idee sono corrette è relativamente grezza, ma probabilmente la più efficace. Cioè, lo è per grossolane approssimazioni. Magari non riusciamo a dire perchè Alekhine muova proprio quel pezzo, magari riusciamo solo confusamente a capire che sta raccogliendo i suoi pezzi attorno al re per proteggerlo, più o meno, perchè è la cosa più sensata da fare in quelle circostanze. Allo stesso modo, spesso riusciamo a capire la natura – più o meno – senza riuscire a vedere cosa fa ogni singolo pezzettino, in termini della nostra comprensione del gioco.
All’inizio i fenomeni della natura furono grossolanamente divisi in classi, come il calore, l’elettricità, la meccanica, il magnetismo, le proprietà delle sostanze, i fenomeni chimici, la luce (ovvero l’ottica), i raggi X, la fisica nucleare, la gravitazione, i fenomeni dei mesoni, ecc. Tuttavia, lo scopo è quello di vedere l’intera natura come aspetti diversi di un unico complesso di fenomeni.
Questo è il problema della fisica teorica di base oggi: trovare le leggi dietro l’esperimento, amalgamare queste classi. Storicamente, siamo sempre riusciti ad amalgamarle, ma con il passare del tempo si scopromno sempre cose nuove. Stavamo amalgamando alla grande, quando all’improvviso si scoprono i raggi X. Allora incorporammo anche quelli, e si scoprirono i mesoni. Quindi, in ogni sua fase la partita sembra sempre piuttosto contesa. Si è raggiunto un alto grado d’integrazione, ma ci sono sempre molti fili sospesi in ogni direzione. Questa è la situazione odierna, quella che cercheremo di descrivere.
Alcuni esempi storici di integrazione sono i seguenti. Prima, prendiamo il calore e la meccanica. Quando gli atomi sono in movimento, più si muovono più calore contiene il sistema, e quindi il calore e tutti gli effetti della temperatura si possono rappresentare per mezzo della meccanica.
Un’altra straordinaria fusione fu la scoperta della relazione tra elettricità, magnetismo e luce, che si rivelarono aspetti diversi della stessa cosa, che oggi chiamiamo campo elettromagnetico. Un’altra fusione è l’unificazione dei fenomeni chimici, delle proprietà delle varie sostanze, e del comportamento delle particelle atomiche, unificazione realizzata nella meccanica quantistica della chimica.
La domanda, naturalmente, è: sarà possibile amalgamare tutto, e scoprire che questo mondo rappresenta i diversi aspetti di un’unica cosa? Non si sa. Tutto ciò che sappiamo è che andando avanti riusciamo ad amalgamare dei pezzi, e poi troviamo altri pezzi che non si combinano e continuiamo a cercare di completare il puzzle. Naturalmente non si sa nemmeno se il numero dei pezzi sia finito, o se il puzzle abbia una frontiera. Non si saprà finchè il quadro non sarà completo, se mai lo sarà. Quello che vogliamo fare qui è vedere fino a che punto è arrivato questo processo di fusione e quale sia la situazione attuale nella comprensione dei fenomeni di base in termini del minor numero di princìpi. Per dirla in breve, di cosa sono fatte le cose, e quanti elementi ci sono?
Richard Feynman, Introduzione a Sei pezzi facili, Adelphi, 2000.