Dalla nascita della fisica quantistica, agli inizi del ’900, alla recente scoperta del bosone di Higgs. Oggi la materia non è più concepita come inerte. Ed è un vero cambio di paradigma. Che curiosamente ha radici antiche.

La scoperta nel 2012 del cosiddetto “bosone di Higgs” è stata un evento di grande importanza nella storia della fisica contemporanea, il coronamento di uno sforzo tecnologico di grande complessità. L’aspetto che vogliamo qui sottolineare è che questa scoperta conferma la validità di uno schema concettuale che ha rivoluzionato la nostra visione della natura.

Questo approccio rivoluzionario alla comprensione della natura è cominciato agli inizi del ’900 con la nascita della fisica quantistica. La materia non era più concepita come inerte, come un insieme di corpi indipendenti, in principio isolabili gli uni dagli altri. La novità è che ogni oggetto fisico, sia esso un corpo materiale o un campo di forze, è intrinsecamente fluttuante in modo spontaneo anche in assenza di forze esterne. Il suo stato di minima energia, chiamato “vuoto” nel gergo dei fisici, non è perciò più lo stato in cui a causa dell’assenza di forze esterne c’è un vuoto di energia, ma è lo stato “pieno” delle fluttuazioni spontanee dell’oggetto dato.

Già nel 1916 Walther Nerst, uno dei pionieri del nuovo punto di vista, avanzò l’ipotesi che le fluttuazioni quantistiche in oggetti fisici differenti potessero sintonizzarsi tra di loro dando così luogo a sistemi complessi aventi un comportamento unitario. Questa possibilità faceva cadere il requisito fondamentale della fisica classica dell’isolabilità dei corpi. Cadeva il “pregiudizio ontologico” che afferma che le cose possano esistere “di per sé”, indipendenti le une dalle altre.

Nella teoria quantistica dei campi l’energia si presenta in granuli o “quanti di energia” e non si studia un numero fissato di atomi o particelle, ma un numero indefinito di quanti mutuamente interagenti e caratterizzati da un ritmo oscillatorio chiamato “fase” nel gergo dei fisici.

Il fondamentale principio d’indeterminazione stabilisce che il prodotto delle incertezze sul numero dei quanti e sulla fase del campo, sempre esistenti a causa delle fluttuazioni quantistiche, non può essere zero, ma deve essere sempre uguale o più grande di una costante universale. Questo vuol dire che quando l’incertezza sul numero dei quanti è nulla, la fase diventa totalmente indeterminata, come se la “musica” del campo, nel senso del vecchio Pitagora, divenisse non udibile. Viceversa, insistendo sulla metafora della musica, la musicalità del campo, emerge solo quando il numero dei quanti diventa indefinito.

Molti aspetti della filosofia classica antica appaiono nella struttura concettuale quantistica, in particolare l’intuizione di Epicuro, ripresa da Lucrezio nel De rerum natura, sulla fluttuabilità spontanea dei corpi e sulla accoppiabilità delle fluttuazioni come origini dei sistemi materiali complessi. E' stato riconosciuto che le variazioni spaziali e temporali della fase dei sistemi fisici danno origine a campi specifici, chiamati “campi di gauge”, i cui quanti sono scambiati dai sistemi, agendo in tal modo da mediatori nelle loro interazioni (accoppiamenti) e in definitiva trasmettendo le fluttuazioni di ogni sistema agli altri sistemi.

Questa dinamica unificante deve misurarsi con una dinamica opposta, potenzialmente dissolvente, generata dagli urti tra i componenti del sistema. Ad alta temperatura gli urti sono così violenti da impedire alle fluttuazioni spontanee dei corpi di produrre una musica coerente complessiva. A bassa temperatura invece esiste la possibilità che le fluttuazioni quantistiche diano luogo a una fluttuazione collettiva unitaria dell’insieme dei componenti, che acquista perciò una sua, possiamo dire, forma espressiva, un suo linguaggio che esprime la funzione di quella struttura materiale data.

Torniamo al bosone di Higgs. Come tutti i quanti esso si manifesta come particella e in forma di campo ondulatorio e porta in sé il contributo di cui il vuoto quantistico permea, con la ricchezza delle sue fluttuazioni, lo spazio e il tempo.

Esso è quindi al tempo stesso particella e agente collettivo che permette a tutti gli altri quanti di condividere la ricchezza del vuoto. Da questa condivisione trae origine la massa dell’elettrone, di quei campi di gauge che in tal modo si materializzano nelle particelle W e nella Z scoperte agli inizi degli anni 80 da Rubbia e collaboratori e ancora di altre particelle.

Fino all’anno scorso questo meccanismo (detto di Higgs) non faceva parte della “evidence based science”, apparteneva all’invisibile che è parte essenziale di una profonda verità scientifica. Come diceva Einstein: «La natura ama nascondersi», per cui l’invisibile diventa visibile solo quando la natura è interrogata in modo profondo, andando oltre l’apparenza.
«Se la realtà coincidesse con l’apparenza, non vi sarebbe bisogno della scienza», scrisse Carlo Marx. La rivoluzione di Galileo ebbe luogo quando l’“invisibile” principio di inerzia entrò in urto con l’“evidence based” modello tolemaico, perfettamente in grado di descrivere l’apparenza dei fenomeni, il “know how”,  ma non in grado di spiegarne la dinamica, cioè il “know why”.

La scoperta dell’Higgs corrobora lo schema quantistico d’interazione e la nascita conseguente di sistemi complessi aventi una funzione unitaria specifica, inseparabile dalla struttura materiale.

Essa accoglie in pieno la richiesta del pensiero sistemico che rifiuta l’idea di parti indipendenti (si vedano a tal proposito i nostri due capitoli nel volume Strutture di Mondo a cura di Lucia Ulivi Urbani, pubblicato nel 2010 dal Mulino) ed è promossa al dominio del visibile tutta la concezione fisica fondata sulla teoria quantistica dei campi, che, d’altra parte, è alla base anche della fisica della materia condensata costruita a partire dagli atomi e dalle molecole.
Anche in questo contesto, si osserva, quando la temperatura è minore di un valore critico e la densità (numero di molecole per unità di volume) eccede una soglia, che le molecole perdono la loro individualità ed emerge la fisica dell’oscillazione collettiva coerente del campo di gauge, il campo elettromagnetico intrappolato nella materia, capace di governare i movimenti delle molecole accoppiate con esso in modo non casuale. In questo quadro è stata formulata una teoria dell’acqua liquida, cui ha dato un grosso contributo Giuliano Preparata. E qui l’orizzonte d’indagine si allarga fino a includere la fase vivente della materia, quella degli organismi biologici di cui l’acqua è il componente più abbondante, e che presenta la forma più alta e più complessa della proprietà di coerenza, capace di tradurre l’informazione in significato: essa richiede che la musica del campo elettromagnetico non sia un rumore caotico, ma abbia un ritmo ben definito.

Recentemente il Nobel Luc Montagnier ha annunciato che i segnali elettromagnetici emessi da frammenti di Dna sospesi in acqua sono capaci di rigenerare gli stessi frammenti in un altro recipiente in cui siano presenti, disciolti in acqua, gli ingredienti chimici che formano il Dna. Questi segnali presentano una struttura frattale, armoniosa nel suo ripetersi in forme similari. Essi sembrano presentare una struttura musicale; esistono cioè “accordi tra le note” costituenti i segnali.

Siamo forse alle soglie di una “rivoluzione di Higgs” anche in biologia? Forse la visione del mondo forzosamente imprigionato nell’antinomia caso-necessità dovrà cedere di fronte alla visione del mondo fondata sull’armonia delle musiche interiori dei suoi componenti. Come preconizzava Marx, il regno della necessità dovrà cedere il passo al regno della libertà.


Fonte: http://www.left.it/2013/06/27/fisica-quando-il-vuoto-e-pieno/11112.
Tratto da: http://megachip.globalist.it/Detail_News_Display?ID=88180&typeb=0&Loid=315&Il-Nobel-a-Higgs--C-Quando-il-vuoto-e-pieno.

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Nick Cave and the Bad Seeds- Higgs Boson Blues