Le frontiere delle fisica teorica: perché sono invalicabili e dove sta andando la ricerca

 

La ricerca di una “teoria del tutto”, in corso da più di 60 anni, sembra avere imbocato una strada senza via d’uscita: è davvero la fine della “nuova” fisica e dove sono allora nascosti i misteri della natura?

 

A che punto è la ricerca sulla vera essenza della natura, sulla spiegazione ultima di tutti i principî primi della fisica, quelli che dovrebbero portare alla formulazione di una “teoria del tutto”, che includa proprio ogni cosa in questo universo, dai buchi neri alle particelle subatomiche e l’universo stesso?

È a un punto morto. O meglio, sembra essere in un vicolo cieco, senza sbocchi, con una via d’uscita che ci riporta alla metafisica dei filosofi greci di 2.500 anni fa.

Il principio della fine, per questo filone di ricerca, è iniziato negli ultimi trent’anni del secolo scorso, quando un fisico italiano elabora una teoria per spiegare la forza nucleare forte, quella che tiene unita i nuclei degli atomi e i suoi costituenti, i quark.

Sebbene abbandonata presto, venne in seguito rivalutata e ripescata, con opportune modifiche, perché sembrava promettente per risolvere i punti cruciali che mancavano per chiudere il cerchio tracciato con l’avvento della meccanica quantistica e della relatività generale.

Queste due branche della fisica, sembrano infatti collidere: l’una spiega cosa succede nell’infinitamente piccolo, nel mondo delle particelle; l’altra descrive alla perfezione l’infinitamente grande: la curvatura dello spazio-tempo, la struttura su larga scala dell’universo, la sua espansione.

Ma fallisce nello spiegare la gravità a scale ultramicroscopiche; anzi, questa forza proprio non ci sta a unificarsi alle altre tre fondamentali della natura (elettromagnetismo, nucleare forte e nucleare debole): non vuole rientrare in una teoria che riesca a spiegarle contemporaneamente tutte e quattro.

Nacque così, per questo intento, la teoria delle stringhe. In parole semplicissime: tutte le particelle deriverebbero dalla vibrazione di piccolissime corde monodimensionali, le stringhe appunto: a ogni tipo di vibrazione corrisponde una particella elementare.

I fisici furono entusiasti di questa nuova teoria, che abbracciarono correndo a testa bassa, soprattutto perché presenta una formulazione matematica elegantissima: vuoi che la natura non abbia scelto il più esteticamente raffinato dei modi per esprimersi? Lo devono aver pensato non pochi di loro.

Ma proprio qui cominciarono i problemi. Quella matematica è troppo complessa, irrisolvibile. Ci si lavora da decenni, ma senza venirne a capo. Addirittura si è scoperto che ci sono cinque differenti formulazioni matematiche possibili per questa teoria.

Sul finire del millennio sembrò arrivare una soluzione: una teoria che unificasse le cinque precedenti. Le stringhe diventano così membrane, a due dimensioni. Tutto a posto? Neanche per sogno. Per funzionare la teoria delle stringhe prevede che lo spazio tempo debba avere 26 dimensioni!

Altri anni di calcoli le hanno ridotte a 10 (più il tempo). Ma dove stanno, queste dimensioni extra, se noi ne percepiamo solo 3 (più il tempo)? Sarebbero piccolissime, ampie quanto un centimetro diviso un numero pari a 10 seguito da trenta zeri. Impossibili da vedere con qualsiasi strumento.

Se ne postula l’esistenza, ma non si può provarla. E nessuna teoria, se non corroborata da una prova sperimentale, può essere valida. Per cui, di questa, non c’è esperimento che può dimostrarla. A meno di non costruire un acceleratore di particelle grande quanto la nostra galassia, letteralmente.

Ma non finisce qui. La famosa matematica elegante, che sta alla base della teoria, prevede un numero quasi infinito di possibili scenari: proprio perché non possiamo provare o trovare fisicamente come si deforma lo spazio per creare queste dimensioni, le possibilità previste teoricamente sono qualcosa come 10 seguito da cinquecento zeri di combinazioni.

Significa che esistono 10 seguito da cinquecento zeri possibili configurazioni delluniverso, ciascuna con delle leggi fisiche proprie. Ecco che arriva dunque la metafisica in soccorso ai fisici: alcuni di loro ipotizzano che è tutto corretto, la matematica è giusta e per adeguarci dobbiamo postulare che esitano 10 seguito da cinquecento zeri universi paralleli e che noi viviamo in uno di essi, quello con le leggi fisiche che conosciamo e sperimentiamo ogni giorno.

Naturalmente è impossibile accedere o semplicemente osservare un altro di questi universi. Bisogna credere ciecamente alla loro esistenza e basta. Altra soluzione, se si vuole tenere buona la teoria delle stringhe, non c’è.

Vi sembra assurdo? Eppure la frontiera della fisica è bloccata da anni su questo paradosso. Spiegare il razionale con un atto di fede, la fisica con la filosofia o la pura speculazione intellettuale.

Si arriverà mai a scoprire le vera fondamenta della natura? Al momento i fisici sembrano restii ad abbandonare le stringhe in favore di teorie alternative che possano includere la gravità nella meccanica quantistica e sono ancora troppo pochi gli scienziati e i dipartimenti che si cimentano con altre possibilità.

Perché è successo e succede tutto questo? Molti fisici di fama internazionale, come Lee Smolin o il premio Nobel Roger Penrose, ammoniscono da anni sul ripido pendio a fondo chiuso in cui si è inerpicata la ricerca.

Secondo loro, la fisca delle stringhe è diventata la “moda” dominante della ricerca accademica: nel corso dei decenni, chi ha cavalcato questo fremito, che sembrava portare alla soluzione di tutta la fisica e spinto dal consenso della comunità scientifica – che al tempo non si era resa conto che questa teoria fosse perlomeno illusoria –  è arrivato poi di conseguenza ai vertici delle istituzioni che decidono e assegnano fondi, cattedre e borse per dottorandi, favorendo il proprio settore di provenienza.

A chi non seguiva la corrente dominante, perciò, non venivano stanziati finanziamenti per i loro filoni di ricerca; non per secondi fini o motivi discriminatori: semplicemente, chi decideva, riteneva di impiegare tutto il possibile in quell’ambito che pareva fosse a un passo dallo scoprire la verità sulla realtà.

La maggior parte dei giovani ricercatori, per proseguire quindi la propria carriera, si è dovuta – volente o nolente – inserire in questo ambito predominante. Il resto è stato dunque trascurato.

Adesso, che cominciano a emergere limiti e dubbi, il substrato culturale accademico è ancora troppo scarno di risorse per perseguire alternative con lo stesso sforzo e intensità con i quali ha imperato la ricerca della validazione della teoria delle stringhe nelle ultime decadi.

Questo dovrebbe far riflettere: se nella “regina” delle scienze, che indaga il principio primo di ogni cosa e che non ha ricadute economiche, tecnologiche, commerciali immediate – se non quella di ampliare la pura conoscenza – è accaduto questo, cosa può succedere in altri ambiti di ricerca, diciamo, meno “platonici”?

Soprattutto in quelli che si basano su intepolazioni di dati e modelli computazionali per formulare teorie: e se si stesse andando nella direzione sbagliata solo perché è divenuta una “moda” che ha convogliato tutti gli stanziamenti, ricercatori, istituzioni e sedotto l’immaginario collettivo come abbiamo appena visto? E se la realtà sta in un’altra interpretazione dei dati, screditata solo perché ci sono poche pubblicazioni a riguardo?

La scienza non è democrazia e l’opinione della maggioranza degli scienziati non significa affatto che quella sia la verità assoluta. E come la storia della scienza stessa ci insegna, sono state proprio le discontinuità con la tradizione e il pensiero dominante della comunità scientifica (dalla datazione dell’età della Terra alla relatività di spazio e tempo) a far progredire la conoscenza.