Che cos’è una teoria scientifica?
Scienza e Fisica Quantistica
Scienza e Fisica Quantistica
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Dal riduzionismo, all’epistemologia biiettiva per superare l’empasse del Modello Standard
Davide Fiscaletti - 22/07/2023
Come evidenzia il premio Nobel 1998 Robert Laughlin nel suo brillante libro Un universo diverso, la natura è regolata sia da principi essenziali, primari (che riguardano i costituenti elementari delle cose) sia da principi organizzativi (che riguardano strutture stabili e complesse composte da tali elementi). Nella storia della scienza esiste da sempre un conflitto tra due concezioni, vale a dire se siano le leggi microscopiche a determinare l’organizzazione, l’ordine che osserviamo nelle cose che ci circondano, oppure se invece vale il viceversa.
Da un punto di vista generale, possiamo dire che per gran parte dell’evoluzione del pensiero scientifico moderno ha prevalso un approccio riduzionistico, secondo cui i vari fenomeni diventerebbero via via più nitidi allorché vengono frazionati in parti e componenti sempre più piccole.
È fuori di dubbio il fatto che il riduzionismo abbia portato notevoli successi, in particolare nella fisica (pensiamo, per esempio, agli sviluppi della fisica atomica, della fisica nucleare, della fisica delle particelle elementari).
Tuttavia, è lecito chiedersi: esiste veramente un livello fondamentale dal quale si può spiegare tutto, usando il formalismo matematico a partire dalle interazioni fondamentali tra i costituenti elementari?
Il reame dei sistemi complessi
Va sottolineato che esistono tutta una serie di sistemi fisici – come i superfluidi e i superconduttori – i quali evidenziano chiaramente come le simmetrie che caratterizzano i costituenti elementari si possano rompere e la materia possa acquisire collettivamente e spontaneamente delle nuove proprietà che non sono presenti nelle sue regole fondamentali. In questi fenomeni il risultato è maggiore della somma degli addendi: nei superconduttori, per esempio, gli elettroni del materiale tendono a muoversi tutti assieme, sotto forma di coppie elettrone-elettrone, chiamate coppie di Cooper, come se fossero un’unica macroentità.
I sistemi in cui si verificano questi fatti costituiscono quella che viene anche chiamata la “terra di mezzo”, o reame, dei sistemi complessi la quale comprende molteplici scale di grandezza. In questo dominio rientrano in pratica tutti i fenomeni che stanno tra la fisica delle particelle e la cosmologia, e quindi per esempio anche gli organismi viventi, i sistemi cognitivi, i sistemi sociali.
Si tratta di un territorio caratterizzato dall’intreccio dei livelli e dall’emergenza di nuove forme organizzative, dove a partire dalle proprietà dei costituenti può essere impossibile dedurre i comportamenti globali del sistema. Nel suo recente illuminante libro Complessità. Un’introduzione semplice, Ignazio Licata sostiene che la terra di mezzo è il posto dove succedono le cose più interessanti per noi, in riferimento alla capacità di produrre conoscenza.
In questi fenomeni si osserva una pluralità di livelli e di comportamenti e questo necessita di ricorrere a più modelli, ciascuno dei quali ci permetterà di cogliere solo un aspetto parziale delle cose, di mettere a fuoco quanto emerge dagli obiettivi che ci si pone, mentre cambiando obiettivi cambiano i modelli.
I limiti riduzionisti del Modello Standard della fisica delle particelle
La nuova fisica sviluppatasi nel XX secolo, e segnatamente l’esplorazione del mondo atomico e subatomico, ha demolito le basi della visione del mondo, mostrando come in ambito quantistico le particelle subatomiche non hanno significato come entità isolate, ma possono essere comprese solo come interconnessioni tra vari processi di osservazione e misurazione.
Nonostante ciò, il Modello Standard della fisica delle particelle – la teoria fondamentale che, usando il linguaggio della teoria quantistica dei campi, descrive le proprietà delle particelle elementari della fisica e specifica il modo in cui interagiscono – sembra essere affetta da svariati limiti legati alla sua modalità “riduzionista” di approcciarsi alla realtà.
Il Modello Standard non sembra aver imparato la lezione riguardante l’esistenza e le proprietà del vuoto quantistico, quell’entità dinamica capace di esibire delle fluttuazioni di energia (descritte in termini di particelle virtuali) non direttamente osservabili, ma significative nello studio dei comportamenti dei sistemi fisici in quanto in grado di produrre su di essi effetti reali e osservabili...
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