Blog di lalchimista

La nonna di Einstein
Il 23 settembre di quest’anno i quotidiani titolavano in modo sensazionalistico che la velocità della luce era stata superata sul filo di lana, da neutrini che andavano di fretta, di circa 60 nanosecondi. A comprovarlo sarebbero i dati accumulati in oltre tre anni dall'esperimento “Cern Neutrino to Gran Sasso”. Sciami di neutrini prodotti dall'acceleratore del Cern Super Proton Synchrotron, a Ginevra, venivano sparati per 730 km verso i Laboratori del Gran Sasso dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. L’analisi dei risultati indicherebbe che i neutrini anticipano di circa 60 miliardesimi di secondo rispetto alla velocità teorica, che dovrebbe risultare leggermente inferiore a quella della luce, “e non solo…” ma poiché tale velocità supererebbe di circa 6 km/s quella dei fotoni, appunto della luce, porrebbe in crisi il caposaldo più famoso della relatività e forse di tutta la fisica moderna, cioè che tale velocità, c, è una costante e non è superabile.
In conseguenza dell’annuncio si è scatenata la solita bagarre mediatica che intonava il de profundis alla relatività einsteiniana. Santoni vari si sono affrettati a ipotizzare l’alba di una nuova fisica, mentre il comune uomo della strada smarriva la penultima certezza che gli rimaneva (l’ultima è che non gli daranno mai la pensione). Ci si può legittimamente chiedere qual è il vero scenario. La risposta a tale domanda può essere data addentrandosi in formalismi di varia natura, spesso complessi, il che potrebbe indurre i miei lettori in stato di profonda depressione. Cerchiamo allora di inserire l’evento neutrinico nel suo alveo storico-scientifico ricorrendo solo a una buona conversazione informale fra amici e avendo ben presente che Albert Einstein asseriva che non si è mai capito bene qualcosa finché non si è in grado di spiegarlo alla propria nonna.

Di primo acchito c’è ovviamente da considerare che non si siano fatti errori sistematici (di cui non ci si accorge facilmente) oppure che non si siano considerati elementi di disturbo. La risposta sarà data ovviamente facendo ripetere l’esperimento da altri scienziati, in altri luoghi. L’impasse teorica che ha portato a mettere in discussione la relatività consiste nel fatto che nessuna particella materiale, cioè dotata di massa, può superare la velocità della luce nel vuoto. Purtroppo i neutrini hanno massa, per quanto minima, e una loro eventuale maggior velocità rispetto alla luce sembrerebbe invalidare l’impianto teorico relativistico, il quale però è confermato da dati incontrovertibili, che sono quelli cosmologici. Gli strumenti per uscire da questa incongruenza risiedono in una rivisitazione critica, che man mano introdurremo, di alcuni concetti.

Il primo: dato un fenomeno osservato, limitiamoci alla fisica, ne diamo una formulazione matematica che denominiamo “legge tal dei tali” e ci aspettiamo che il fenomeno si comporti obbedendo a tale “legge”. Tale assunto è del tutto errato. Il fenomeno si esplica con modalità proprie e la cosiddetta legge non è altro che la lente mentale, sotto forma di formulazione matematica, con la quale interpretiamo il fenomeno, il quale resta “in sé” una variabile indipendente (non analizziamo per ora il problema dell’interazione con l’osservatore) da una qualsivoglia nostra formulazione. Una qualsiasi di queste leggi è costruita sulla base dell’analisi di dati raccolti. Pertanto la qualità dei dati, determinata soprattutto dalla sensibilità e dall’affidabilità delle misure effettuate, influenza la formulazione della legge stessa. Il miglioramento delle misure ha portato alla scoperta di nuovi fenomeni e di nuove formulazioni più generali in cui la legge precedente va a rivestire il ruolo di caso particolare e non di teoria errata, come dire che mettiamo meglio a fuoco le nostre lenti, non che le buttiamo alle ortiche. Ovvero, in generale, le varie teorie che si susseguono diventano sempre più “aderenti” alla natura del fenomeno, nella misura in cui i dati sperimentali migliorano. È intuitivo che la maggiore sensibilità degli strumenti di misura porta ad evidenziare fenomeni difficilmente osservabili e che man mano ci conducono nel mondo dell’infinitamente piccolo. Così si è passati dallo studio degli atomi alla fisica delle particelle cui appartiene di diritto il neutrino, alla teoria delle stringhe. Ma il mondo dell’infinitamente piccolo, verrebbe da dire “come in basso così in alto”, è il costituente fondamentale dell’infinitamente grande e costituiva il “brodo primordiale” contenuto in una pallina cento miliardi di volte più piccola di un protone, che circa 14 miliardi di anni fa fece il grande botto. Le leggi dell’infinitamente grande e dell’infinitamente piccolo s’intrecciano strettamente, chiudono un cerchio, e per capire la realtà fisica ce ne occuperemo in modo inscindibile. All’altro capo del cerchio, in mezzo fra i due infiniti, gli esseri viventi: gli unici a percepire il “non sé”. Non si può non chiedersi il perché di tutto ciò. È la domanda di sempre, la ricerca del senso dell’esistenza. A chiederselo, professionalmente parlando, sono i fisici, i veri teologi del nostro tempo. E negli ultimi anni sono stati accumulati una serie di dati eclatanti che portano a scenari teorici che, se confermati da esperimenti di verifica, rivolterebbero realmente e completamente il senso dell’esistente, della vita, del divino, dando ben altro senso anche alla gara da cortile fra fotoni e neutrini. Accompagniamoli brevemente dunque, i novelli teologi, in questo viaggio.
“Io sono colui che è”. Questa è la definizione che Dio dà di sé stesso nella Bibbia. Ma ciò che è non è altro che ciò che esiste. Coincide con la definizione che Spinoza dà della divinità: Dio è immanente, è l’universo stesso. Lo stesso Einstein affermò che il suo era il Dio di Spinoza. Se e quando avremo capito l’universo forse avremo conosciuto Dio.
Affinché si possano porre teorie cosmologiche sensate, occorre una grande qualità dei dati osservativi. L’uso di telescopi e palloni sonda al di fuori dell’atmosfera e il netto miglioramento degli strumenti a terra ha consentito di allargare il range d’indagine sulle radiazioni cosmiche. Poiché la luce più lontana arriva dal passato più remoto, gli strumenti attuali ci consentono di risalire a 12 miliardi di anni fa, circa i quattro quinti del percorso che ci separa dal big bang. E dai confini osservabili, arriva un dato eclatante: anziché rallentare a causa dell’attrazione gravitazionale, l’universo sta accelerando. La deduzione nasce dallo studio delle esplosioni di supernove. Il calcolo dell’effetto Doppler dei relativi spettri luminosi, osservabili dai nostri strumenti, mostra che le supernove più lontane lo sono più di quanto previsto. Il che porta a concludere che è in atto un’accelerazione dell’espansione. A confermarlo è anche lo studio della radiazione cosmica di fondo, la traccia residua dell’esplosione del big bang, che peraltro rappresenta la maggior miniera informativa cui possiamo attingere. Dalle sue caratteristiche è possibile calcolare, per qualsiasi volume di spazio, quanta materia ed energia debba in media contenere. Per giustificare l’accelerazione dell’espansione occorre che sia presente in ciascun volume, una forma di energia sinora sconosciuta, l’energia oscura (Lord Fener ne sarebbe felice). Tale energia era già stata introdotta da Einstein all’interno della relatività con il nome di costante cosmologica, come approfondiremo. Intanto, se lo scenario è questo, il destino finale dell’universo è una rarefazione infinita di tutta la materia e dell’energia sino al nulla totale, con buona pace di qualsiasi forma di divinità immanente. Tali deduzioni provengono, però, dall’applicazione ai fenomeni osservati della teoria del big bang. Da dove origina? Quali sono i suoi limiti?