La Teoria Del Tutto

7/23/2019 La Teoria Del Tutto

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Istituto “C. Lorenzini”, Pescia

Anno scolastico 2014-2015

Matteo Rosellini

La teoria del tuttoSoario

1



Intro!uzione "

#na $iccola s%i!a "

&io 'ioca a !a!i( 4

La )ellezza coe %onte !i is$irazione 5

Caccia a ritroso 5

I con%litti *L+intuizione !i instein

Le stranezze uantistic/e

Alla ricerca !ella teoria !el tutto 10

La teoria !elle strin'/e 11

Sietrie !ella natura 11

Le !iensioni nascoste 12

Le !i%%icolt lo'ic/e 1"

L+autore%erenza 1"

Il teorea !i o!el 1"

o!el, sc/er, 3ac/ 14#n atto !i %e!e 15

La traa !ella realt 1*

3i)lio'ra%ia 1

La teoria del tutto

2



Introduzione

A! osserare il %enoti$o !el on!o si %a a))astanza $resto altra cosa 6 sa$erlo a$$rezzare.

Ma il 'enoti$o, lo sc/eletro !ell+unierso, 6 cosa )en $i7 rara e ra%%inata. La %ae !i conoscenza 6

se$re stato l+in're!iente %on!aentale !ella s$ecie uana, si an!aa $er tentatii la %iloso%ia /a

%atto !a a$ri$ista, $oi 6 arriata la scienza. 8''i cainano a )raccetto, a olte si se$arano $er un

attio, a alla %ine tornano a scorrere $arallele, $erc/9 la ricetta !el on!o 6 co$licata e un $rotocollo $er co$ren!erla non esiste. Lo !icea alileo c/e

“La natura è un libro aperto agli uomini: essa ci parla, e comunica attraverso unlinguaggio che è quello matematico.”

Ma 'li scienziati sono se$re stati cattii $ria Co$ernico to'lie la :erra !al centro !e'li

in'rana''i !ell+unierso, $oi &ar;in sentisce la creazione !ell+uoo !alla costola !i A)rao e lo

rian!a alla eno no)ile !iscen!enza !a un ti$o !i sciia e $oi, cosa si inenteranno( La

!i%%icolt, %orse, 6 $ro$rio uesta scon%i''ere uei $re'iu!izi arru''initi c/e l+a)itu!ine alla Hume

ci /a esso in ente. Pria !i esser $ronti a co$ren!ere la ente !i uel &eiur'o-senza-co$iec/e ci /a $lasati )iso'na i$arare a $ensare trascen!en!o !alla tranuilla orto'onalit !elle

ascisse con le or!inate a! osare, a stu$irsi, a cre!ere in ualcosa. Cos< %ece &ar;in uan!o

$u))lico l+Origine delle specie, cos< %ecero =ara!a> e Ma?;ell uan!o !ettero una %ora al ca$o

elettroa'netico, cos< %ece instein uan!o $u))lic@ la Relatività Generale il 'enio osa, 6 uesta la

costante. Se è vero che Sir Newton scrisse le leggi del moto dopo che una bella mela gli era

caduta sulla testa, non si può certo dire che Gabriele Veneziano abbia sfoderato la teoria delle

superstringhe perché aveva sbattuto la capoccia in un mesone-ro a il $rinci$io !i

%unzionaento 6 lo stesso, 6 la curiosit c/e accen!e la iccia alla scienza, e solo uan!o si 6

consa$eoli !ella )ellezza !el on!o, allora, si inizia a c/ie!ersi perché.

na piccola sfida

“llora, eccoci qui: una piccola s!ida, qualcosa per separare gli uomini dai raga""i, il grano dalla pula, i mesoni dai mesoni#p, i quar$ dai% quaqquaraqquà&'

La rincorsa al sa$ere $rose'ue $er cambi di rotta uan!o se)ra c/e tutto torni, uan!o

se)ra c/e il laoro sia orai )ello c/e %inito, ecco, 6 $ro$rio allora c/e una teoria riela le sue

contra!!izioni e! eer'e la necessit !i an!are a scaare ancora $i7 a %on!o. Al)ert instein nel

105 %ir@ !a solista la relatività ristretta era una scoessa, una le''e c/e an!aa contro non

solo alla eccanica nata con le sensate esperien"e e le necessarie dimostra"ioni !i alileo ecanonizzata !a Isaac Be;ton, a anc/e contro al o!o !i $ensare !elle $ersone. #na le''e c/e

rie!ea il te$o. Lo s$azio. La ateria. #na !ecina !i anni !o$o a!att@ la 'raitazione alle

sco$erte $rece!enti %on!an!o la relatività generale. Lo stesso instein raccolse l+attodisperatissimo !i Planc e os@ rie!ere e corre''ere !acca$o la concezione %isica !ell+ener'ia

=ara!a> e Ma?;ell aeano !escritto il ca$o elettroa'netico con uattro inte'rali, Lor! Delin

era $ronto a scoettere c/e il laoro !ei %isici orai %osse 'iunto al terine, si sare))e trattato

solo !i i'liorare le a$$rossiazioni !i isurazione !i ualc/e ci%ra si'ni%icatia. Ma 3o/r, &e

3ro'lie, Eeise)er', S/ro!in'er raccolsero le ore !i instein e !ie!ero luce alla eccanica

uantistica, una %isica !el $ara!osso, olta a! occu$arsi !i !are un noe e un co'noe a $articelle

$iccolissie 'enerate !a'li urti !i altre $articelle accelerate. Bon 6 un caso c/e i $ilastri !ella %isicao!erna siano $ro$rio la relatività e la meccanica quantistica !ue teorie tanto $ro%on!e, uanto

!ierse. La $ria si occu$a !el on!o !el macro, stu!ia cor$i iensi su scale ancora $i7 'ran!iF

3



l+altra tratta !el on!o !el micro, !alle olecole a'li atoi %ino ai uars e alle $articelle su)-

atoic/e. L+una stu!ia cor$i grandi e pesanti, l+altra o''etti piccoli e leggeri co+6 lo'ico, i ca$i

!i a$$licazione !i ueste !ue teorie non s+intersecano, a se lo %acessero( Pren!iao un )uco nero,

a! ese$io una massa enorme assue dimensioni minuscole. 8$$ure, $ensiao al )i' )an'

se)ra $ro$rio c/e l+intero unierso sia sc/izzato %uori !a un isero 'ranellino microscopico.

!io gioca a dadi"

Il !eteriniso 6 un o!o !i le''ere 'li eventi tale !a associare a! o'ni causa un e%%etto e,

al contrario, a! o'ni e%%etto una causa secon!o uesto $unto !i ista niente aiene per caso. + un

ra'ionaento ontolo'ico c/e %a coe concetto-c/iae la necessità, $er cui un ente necessario 6

'oernato !a un nesso !i causalit lineare.

“(n)intelligen"a che in un certo istante conoscesse tutte le !or"e che mettono la natura in moto etutte le posi"ioni di tutti gli oggetti la quale natura è conosciuta, se questo intelletto !osse ancheabbastan"a vasto per anali""are questi dati, raccoglierebbe in una singola !ormula i movimenti dai

pi* grandi corpi dell)universo a quelli del pi* piccolo atomo+ per una tale intelligen"a niente sarebbe incerto e il !uturo, come il passato, sarebbe il presente ai suoi occhi'&

Lo scienziato $i7 %aoso !ell+t Ba$oleonica Pierre Sion !e La$lace, ricor!ato $er aer

$rose'uito 'li stu!i !i Be;ton co)inan!o analisi ateatica e 'eoetria a !escriere una

“eccanica celeste”, $er ese$io, era coninto c/e un intelletto su%%icienteente $re$arato are))e

$otuto, conosciute elocit e $osizione !i una $articella in un !ato istante e tenute a ente le le''i

!ella natura, calcolare la $osizione !i o'ni $articella in un altro istante. Giceersa, l+in!eteriniso

6 un o!o !i $ensare c/e non riesce necessariaente a %are !i una causa un e%%etto 6 a uesto $unto

c/e scen!e in ca$o non $i7 la certe""a matematica, a la probabilità. Il concetto alla )ase !i

uesto o!o !i $ensare, al contrario !ella necessità, 6 la contingen"a, ossia la concezione $er cui!ue eenti siano colle'ati tra loro !a una relazione !i causalit non-lineare, a senza $orre il caoscoe reuisito %on!aentale !ell+esistenza.

“ell-ambito della realtà le cui connessioni sono !ormulate dalla teoria quantistica, le legginaturali non conducono quindi a una completa determina"ione di ci. che accade nello spa"io e neltempo+ l-accadere /all-interno delle !requen"e determinate per me""o delle connessioni0 è piuttostorimesso al gioco del caso&

Bel 12 Eeise)er' %ir@ il principio di indetermina"ione

∆ x ∆ p ≥ h2

!oe ∆ x 6 l+incertezza sulla $osizione, ∆ p sulla uantit !i oto, e h 6 la costante !i Planc

ri!otta. &ata la $ro$orzionalit inersa tra $osizione Huin!i elocit e uantit !i oto, anc/e

ri!ucen!o !i oltissio l+errore assoluto relatio all+una, auentere))e uello !ell+altra non 6

uin!i $ossi)ile conoscere, in un dato istante, contemporaneamente, lo stato %isico $reciso !i un

sistea. L+entanglement uantistico, in%atti, non consente !i “osserare” conte$oraneaente

$osizione e uantit !i oto, altrienti una si “!istru''e”. Bell+es$eriento !ella !o$$ia %en!itura

!i =e>nan, a! ese$io, s$aran!o un %ascio !i elettroni contro una !o$$ia %en!itura, si notaa c/e

se un osseratore assistea al $rocesso le $articelle aeano co$ortaento cor$uscolareF

altrienti, si co$ortaano coe on!e elettroa'netic/e.

1instein “&io non 'ioca a !a!i con l+unierso”

4



2ohr “instein, settila !i !ire a &io cosa !ee %areJ”

3e4nman#Ha5$ing “&io non solo 'ioca a !a!i, a li lancia anc/e in $osizioni assur!e, in

o!o tale c/e non $ossiao e!ere uale nuero sia uscito.

Se)ra $ro$rio c/e la natura intrinseca !el nostro unierso a))ia a c/e %are con l+in!eteriniso

rioluzionario recente insoa, non 6 $ossi)ile aere risultati certi e assoluti circa lo stato !elon!o, )iso'na )asarsi solo e! esclusiaente suK ci@ c/e 6 $i7 probabile'

#a bellezza come fonte di ispirazione

Se)ra strano, a olti scienziati cre!ono %eraente c/e la )ellezza sia una 'ui!a

atten!i)ilissia alla erit, e olti !ei $ro'ressi !ella %isica teorica sono !outi a! autori c/e

ric/ie!ono a! una nuoa le''e l+elegan"a ateatica. #na olta instein si i!e c/ie!ere, a

$ro$osito !ella sua neonata relatiit, cosa are))e %atto se un es$eriento aesse sentito tale

teoria. In!i%%erente a uesta $ros$ettia e'li re$lic@

“6i chiedete cosa !arei se un esperimento smentisse questa mia !ormula7 8anto peggio perl-esperimento: ha ragione la teoria9&

Il $reio Bo)el Paul &irac assunse un atte''iaento analo'o coe il %aoso re'ista

Sorrentino an!aa a caccia !elle sue teorie inse'uen!oK la loro ran!e 3ellezza. + %aosa la

scenetta

Lei disse: “dimmi qualcosa di bello& Lui rispose: (∂+m )φ=0

L+euazione ui so$ra 6 uella alla )ase !ell+entanglement uantistico in $ratica, se !ue sisteiintera'iscono tra loro $er un certo $erio!o !i te$o, e $oi en'ono se$arati, non $ossiao $i7

!istin'uerli coe !ue sistei !istinti, a in ualc/e o!o sottile !ientano coe un unico sistea.

uello c/e acca!e a! uno !i loro continua a! in%luenzare l+altro, anc/e a !istanza !i c/iloetri o !i

anni luce. Ricor!a ualcosa(

Ro'er Penrose, %isico cosolo'o )ritannico, allo stesso o!o, 6 coninto c/e

3rancamente, credo che la mente creativa si !accia strada in un regno come quello platonico, e chel vi scorga delle !orme, come dire, belle' ;%< =i solito l-argomento rigoroso è l-ultimo passo9

>rima si devono !are molte congetture, e per queste sono importantissimi i convincimenti estetici'

$accia a ritroso

Co$ito !ella scienza 6 uello !i ris$on!ere ai perché !el on!o. Stan!o a sentire il

ra'ionaento in!uttio ti$ico !e'li e$iristi in'lesi, $er@, iene !a c/ie!ersi %ino a uan!o sar

$ossi)ile c/ie!ersi perché( siste un ente c/e non /a )iso'no !i s$ie'azioni( Sentiao P. &aies

“=a bambino esasperavo i miei genitori chiedendo continuamente “perché7&' >erché non possoandare !uori a giocare7 >erché potrebbe piovere' 1 perché potrebbe piovere7 >erché ilmeteorologo ha detto cos' 1 perché lo ha detto7 >erché sono arrivo temporali dalla 3rancia e% 1

perché7 >erché è cos9&

Il laoro !ello scienziato 6 uello !i eliinare uel “ perché è cos&. &aies, !al canto suo, a%%era

anc/e c/e, alla %ine,

5



“?oncedo che non si pu. dimostrare che il mondo è ra"ionale' 1- possibilissimo che al livello pi* pro!ondo sia assurdo' 8uttavia il successo della scien"a è una !orte prova indi"iaria a !ronte dellara"ionalità della natura'&

Il cosolo'o Ste$/en Ea;in', inece, tiene $resente c/e

“@n numerose occasioni abbiamo introdotto una nuova classe di osserva"ioni solo per poi scoprirenuovi !enomeni che non erano previsti dalla teoria di parten"a&

Se)rere))e uin!i c/e il $ro'etto scienti%ico ten!a all+in%inito, coe la eta%ora !el %iloso%o

Biccol@ Cusano c/e ia'inaa la conoscenza ultia coe una circon%erenza, e i successi

scienti%ici !e'li uoini coe un $oli'ono inscritto a! essa auentan!o il nuero !ei lati !el

$oli'ono, ci si aicina se$re !i $i7 alla circon%erenza, a non sar ai $ossi)ile ra''iun'erla.

inece, se$re Ea;in', rinormali""a uesti in%initi

“Aembra per. che la gravità escluda questa serie di “scatole cinesi&' >er energie prossime aquella di >lanc$, una particella avrebbe una massa cos concentrata da separarsi dal restodell-universo e collassare su se stessa, !ormando un buco nero' ;%< Pare quindi che, di questo

passo, alla serie di teorie sempre più precise dovrebbe esserci un limite, una sorta di Teoria

Ultima dell’Universo.&

Il 'eniale %isico $er@ sottolinea con )rillante ironia il %atto c/e il caino !a co$iere sia ancora

$arecc/io lun'o

“ con!erma di quello che ho detto dovremmo costruire un acceleratore di particelle capace diraggiungere l-energia di >lanc$, pari a 10

19 GeB: se si considera che il pi* potente acceleratoredi cui disponiamo raggiunge scarsamente C solo GeB, coi tempi di crisi economica che corrono, è

poco probabile che questo progetto sarà raggiunto a breve'&

I conflitti

Sono stati tre i 'ran!i con%litti c/e /anno attana'liato la %isica nel corso !ella sua storia

1. Secon!o le le''i Be;toniane !el oto 6 $ossi)ile ra''iun'ere e su$erare la elocit !ella

luce $er le le''i !ell+elettroa'netiso !i =ara!a>-Ma?;ell inece uesto non 6 $ossi)ile.

instein risolse uesto eni'a con la Relatiit ristretta, s$ie'an!o c/e s$azio e te$o non

sono entit assolute a costruzioni elastic/e le cui %ore !i$en!ono esclusiaente !allostato !i oto !el so''etto c/e le es$erisceF

2. Pro$rio la Relatiit ristretta, col %atto c/e la elocit !ella luce risulta essere insu$era)ile,

colli!ea con la raitazione uniersale !i Be;ton, secon!o cui le %orze !i attrazione si

trasettono istantaneamente nello s$azio. Ancora instein sciolse uesto no!o con la teoria

!ella Relatiit 'enerale, secon!o cui s$azio e te$o non sono solo in%luenzati !allo stato !i

oto !ell+osseratore, a si curvano, si piegano, in $resenza !i 'ran!i asse e! ener'ie.

". L+ultio con%litto, uello ancora irrisolto, 6 uello c/e $otre))e $ortare a! una i$otetica

:eoria !i 8'ni Cosa uello !i conciliare il grande con il piccolo, la Relatiit 'enerale con

la Meccanica uantistica.

#%intuizione di &instein

6



“La teoria della relatività ristretta, che non è altro che il prolungamento sistematico dellaelettrodinamica di 6aD5ell e di Lorent", ha aperto nuove vie superando i suoi stessi limiti'&

instein aea in ente !i !iostrare c/e i %enoeni elettroa'netici $ossono non essere

in%luenzati !al oto uni%ore attraerso l+etere, aesso c/e un etere esista. Bel 105 $u))lic@

!ue $rinci$i1. Il principio di relativit' le le''i c/e re'olano tutti i %enoeni %isici sono le stesse $er !ue

osseratori aniati !i oto rettilineo uni%ore l+uno ris$etto all+altro. Allo stesso o!o, non

6 $ossi)ile !istin'uere un osseratore in oto uni%ore relatio !a un altro osseratore in

uiete.

2. Il principio di costanza della velocit' della luce la luce si $ro$a'a nel uoto, e non

nell+etere, con una elocit costante c, in tutte le !irezioni, in!i$en!enteente !alle

con!izioni !i oto sia !ella sor'ente, sia !ell+osseratore.

La simultaneità classica enne su$erata !a uella relatia !ue eenti si !icono siultanei se

!ue se'nali luinosi, $artiti !a A e !a 3, 'iun'ono conte$oraneaente nel $unto e!io !i A3.Ma uesta siultaneit !el sistea A3 non si eri%ica $i7 in un sistea !ierso !a A3, in oto

ris$etto al $rio. Su una %erroia A3 transita un treno A+3+ con elocit v' Sia M+ il $unto e!io !el

treno A+3+ coinci!ente col $unto e!io M !ella %erroia A3. &ue se'nali luinosi s$e!iti !a A a 3

arriano conte$oraneaente in M, a non 'iun'ono siultaneaente in M+, !ato c/e il se'nale

lanciato !a 3 arria $ria in M+ ris$etto a uello lanciato !a A, se il treno si uoe !a A a 3 la

luce non $u@ essere accelerata o %renata, !unue c/i sta %uori !al treno /a ra'ione a !ire c/e un

ra''io arria $ria !i un altro. #n orolo'io ritar!a all+auentare !ella elocit il tempo scorre

pi( in fretta per un osservatore stazionario rispetto ad uno in moto, a non si $u@ !ire c/e,

aetten!o !i $oter $assare la ita uoen!osi alla elocit !ella luce, ra''iun'ereo

l+iortalit l+esistenza nel te$o si allun'a, 6 ero, a la elocit !i azione riane la stessa,uin!i, in sostanza, la quantità di vita non aria. Il oto $u@ uin!i essere ri$artito non solo nelle

tre !iensioni te$orali, a anc/e in uella !el tempo tutti gli oggetti sono sempre in moto

nello spazio)tempo con velocit' fissa, *uella della luce+ Ma uesta elocit !e+essere !iisa

lun'o le uattro !iensioni un o''etto in uiete si uoe nella !iensione !el te$o,

inecc/ian!o alla elocit !ella luce. #n o''etto in oto uni%ore si uoe lun'o una !elle tre

!iensioni con elocit v e uin!i rallenta il suo oto nel tempo c/e ora si !ilata assuen!o una

elocit (c−v) . Il $ostulato %on!aentale !ella eccanica classica, la $ro$orzionalit tra la

%orza e l+accelerazione, iene uin!i utato !alla eccanica !i instein uanto $i7 un cor$o si

uoe con elocit $i7 alta, tanto $i7 6 !i%%icile accrescerla la assa non 6 $i7 costante intrinseca

!el cor$o, a !iiene aria)ile e crescente con la elocit. #%energia sotto *ualsiasi forma sicomporta *uindi come la materia non c%è differenza essenziale tra massa ed energia,

l%energia possiede massa e la massa rappresenta energia+ La %isica classica aea intro!otto !ue

sostanze, assa e! ener'ia, e aea enunciato !ue le''i !i conserazione instein le %on!e

insiee, ri!ucen!o tutto a! una sola sostanza

limv→ c

mv2= E

Bella teoria Be;toniana la %orza 'raitazionale esercitata !a un cor$o su un altro !i$en!e

solaente !alle asse e !alla !istanza, e non /a nulla a c/e %are col te$o si'ni%ica c/e la %orza

'raitazionale si $ro$a'a all+istante, a senza rielare niente sulla natura !i uesta %orza eta%isica.

instein e))e l+intuizione !i “ricreare” la 'rait usan!o un $articolare ti$o !i oto uni%oreente

accelerato, 'razie al principio di e*uivalenza. instein $ens@ c/e caric/e elettric/e e %orze

7



a'netic/e /anno )iso'no !i un campo $er $ro$a'arsi ossessionato !all+i!ea !i ca$o, ecco

l+intuizione anc/e la 'rait /a )iso'no !i un ca$o $er $ro$a'arsi !a un cor$o all+altro, il ca$o

'raitazionale, c/e non 6 !ato !a nessun ente istico, a !al puro spa"io. La 'rait si $ro$a'a

nello s$azio. lo s$azio, lo s$aziote$o, 6 ca$ace !i incurarsi cos< coe un o''etto si contrae

nella !irezione !el oto, le relazioni !ella 'eoetria $iana non sono ali!e $er un osseratore in

oto accelerato, e la 'rait 6 la curatura !ello s$aziote$o. In assenza di materia ed energia

per &instein lo spazio è piatto, ma in presenza di un oggetto massiccio la struttura dello spazio

circostante viene deformata, e costituisce un incurvamento del foglio di spaziotempo tale da

produrre un effetto sugli altri oggetti che si trovano nelle vicinanze di *uesto corpo , !ato c/e si

troano a !oer $ercorrere uno s$azio o!i%icato, coe una $alla a$$o''iata su una rete sottile la

!e%ora, e ca)ia il oto !i una $allina $i7 $iccola c/e !ee attraersare tale re'ione !i s$azio. La

'rait 6 trasessa !allo s$azio, a non siultaneaente si $ro$a'a coe le incres$ature sulla

su$er%icie !i un la'o, a uale elocit( Ma 6 oio alla elocit !ella luce.

#e stranezze *uantistiche

>enso si possa tranquillamente a!!ermare che non c-è nessuno che capisca la meccanicaquantistica' R. =e>nanN

Bel 1* i %isici c/e laoraano all+acceleratore !i $articelle !i Stan%or! sco$rirono c/e

$rotoni e neutroni non sono le $articelle %on!aentali e uin!i in!iisi)ili o'nuno !i loro 6 %orato

!a tre $articelle, i quar$s, il cui noe iene ri$reso !a una %ilastrocca !i Oaes Oo>ce nel roanzo

3innegans Ea$e, c/e Murra> ell-Mann e eor'e ;ei' staano le''en!o ai te$i !ell+uniersit

8hree quar$s !or 6uster 6ar$9

Aure he has not got much o! a bar$ nd sure an4 he has it)s all beside the mar$'

I uar si $resentano %on!aentalente sotto %ora !i !ue ariet up e do5n, a ne

esistono anc/e !i charm, strange, top, bottom' #n $rotone, $er ese$io, 6 %orato !a !ue uar-u$

e un uar-!o;n, un neutrone !a !ue !o;n e un u$. A et !e'li anni 50 Reins e Co;an

!iostrarono la $resenza !el neutrino, 'i $reisto in linea teorica !a Pauli. Bon ci sono $roe !i

altri costituenti %on!aentali coe i uars e 'li elettroni, a ce ne sono olte sulla $resenza !i

altri “in're!ienti su)-atoici”. Le %orze %on!aentali in natura sono uattro

1. La -orza Gravitazionale, c/e ci tiene in or)ita intorno al Sole e ci lascia con i $ie!i $iantati

$er terraF tra tutte ueste uattro, la %orza $i7 %aosa !el on!o 6 $i7 !i 100.000 olte $i7!e)ole !ella %orza %orte.

2. La -orza &lettromagnetica, c/e %a %unzionare la$a!e, co$uter, teleisori, s$ie'a i

%uliniF

". La -orza !ebole, c/e 6 res$onsa)ile !el !eca!iento ra!ioattio !i sostanze coe l+uranio

o il co)altoF

4. La -orza -orte, c/e tiene in collati i uars tra !i loro all+interno !ei $rotoni e !e'li

elettroni !entro al nucleo, a %orare 'li adroniF

Si $u@ riassuere un concetto sicuraente co$licatissio !icen!o c/e, a liello icrosco$ico, ad

ogni forza fondamentale sono associale particelle speciali e specifiche, presenti in *uantit'discrete e *uantizzate, ossia, come costituenti della minima *uantit' possibile di tale forza, e

responsabili del suo propagarsi nel mezzo. Il Mo!ello Stan!ar! !elle $articelle eleentari,

8



ela)orato ne'li anni +0 con i suoi es$erienti a con%era /a %ruttato il $reio Bo)el al nostro

Carlo Ru))ia e continua a !are so!!is%azioni, con la sco$erta, !i uesti te$i, !el %aoso 3osone !i

Ei''s, a se)ra inco$leto !i ualcosa $arla !i certe $articelle, c/e si troano in una certare'ione !i un certo ca$o con una certa ener'ia. + ancora lontano !all+ele'anza ateatica in cui

s$eraano instein e &irac. Pro$rio &irac, a $ro$ostito !i uesto Mo!ello Stan!ar!, a%%er@

“1 insomma, non abbiamo ancora risolto questo grosso problema&

Counue, si $u@ !ire c/e il eicolo !ella =orza =orte, uella c/e tiene uniti i uar, 6

ra$$resentato !ai gluoni, !all+in'lese glue, colla. Allo stesso o!o, alcuni ti$i !i bosoni, tra cui

uelli Q e , tras$ortano la =orza &e)ole. La assa coe ualit %isica inece, si 6 sco$erto esser

tras$ortata !al cele)re bosone di Higgs. I %otoni sono i carrier !ella =orza lettroa'netica e i

gravitoni !ella =orza raitazionale. A loro olta, la =orza =orte 6 stu!iata !alla cromodinamicaquantistica, uella &e)ole e uella lettroa'netica !alla teoria elettrodebole e uella

raitazionale !alla gravità quantistica. La teoria uni%icante !ore))e occu$arsi !i conciliare le

=orze =orti con uelle &e)oli e uesto 6 'i stato %atto, il Mo!ello 6 in accor!o con la Relatiitristretta !i instein. A uesto $unto, $er@, anca !i tener $resente la rait intesa coe Relatiit

allar'ata.

I $rinci$i %on!anti !ella eccanica uantistica sono

1. Sia la luce c/e le $articelle c/e costituiscono 'li atoi e cio6 'li eleenti %on!aentali c/e

co$on'ono la ateria Huin!i noi stessi e la realt a noi ani%esta sono costituite !a

minuscoli concentrati di energia detti *uanti, c/e /anno una !u$lice natura, intuita !al

$reio Bo)el L. &e 3ro'lie on!ulatoria e cor$uscolare. Le $ro$riet !elle i)razioni

!ell+on!a uantistica sono inece !escritte !all+euazione !i . S/ro!in'er, anc/+e'li

$reio Bo)el

9



2. Il principio di indeterminazione !i Eeise)er', secon!o cui non 6 $ossi)ile conoscere

siultaneaente la elocit e la $osizione !i una $articella uantistica, $oic/9 uanto

a''iore 6 laccuratezza nel !eterinarne la $osizione tanto inore 6 la $recisione con la

uale si $u@ accertarne la elocit e iceersa.

". #%&ntanglement *uantistico se !ue $articelle si %anno intera'ire $er un certo $erio!o e

uin!i en'ono se$arate, uan!o si sollecita una !elle !ue in o!o !a o!i%icarne lo stato,

istantaneaente si ani%esta sulla secon!a una analo'a sollecitazione a ualunue !istanza

si troi ris$etto alla $ria.:ale %enoeno 6 !etto =enoeno !ellntan'leent.

uesto teorea, !escritto !a &irac, viola il principio di localit' secon!o cui ci@ c/e

aiene in un luo'o non $u@ in%luenzare un eento c/e acca!e altroe, !i%eso a s$a!a tratta

!a instein col $ara!osso instein-Po!olsi-Rosen)er', a con%erato nel 1 con la

riuscita !i un es$eriento !i teletras$orto in Cali%ornia.

Insoa, la Relatiit enerale 6 deterministica, precisa e ordinata e si occupa di grandi

corpi su grandissime scaleF la Meccanica uantistica, inece, 6 indeterministica,

intrinsecamente probabilistica e *uindi approssimativa e si occupa di piccole particelle su

piccolissime scale.

.lla ricerca della teoria del tutto

Bonostante la storia !ella %isica !iostrasse c/e !i tra'uar!i ra''iunti non si !e))a ai

$arlare, nel 12 Ma? 3orn torn@ alla carica

“La !isica come la conosciamo oggi entro sei mesi potrà considerarsi una scien"a compiuta&

Pensaa c/e la le''e !ell+elettrone !i &irac $otesse essere estesa anc/e al $rotone. Ma, oiaente,

non era cos<. Ma Ea;in' 6 ottiista

“Oggi abbiamo diverse teorie par"iali: quelle sulla !or"a debole, sulla !or"a !orte e sulla !or"aelettromagnetica si possono combinare tra loro nella teoria uni!icata, ma mancando dell-apportodella teoria della Relatività Generale non si possono dichiarare complete' Questo perch la

!elativit" #enerale $ ancora una teoria classica, ossia non tiene conto del principio di

indeterminazione. ?ombiniamo Relatività e indetermina"ione, e saremo a buon punto'&

:ra le teorie $arziali can!i!ate a !ientare una :eoria !i 8'ni Cosa ci sono

1. La supergravit', c/e era la stessa 'rait a con ualc/e $articella in $i7, in o!o tale !a

%ar alere il $rinci$io !i in!eterinazione uesto $erc/9 tale $rinci$io i$lica c/e anc/e lo

s$azio uoto !ore))e esser $ieno !i $articelle e ris$ettie anti-$articelle Hcon spin $ari a s#un me""o !otate !i ener'ia in%inita e uin!i con una %orza attrattia in 'ra!o !i curare

l+unierso tanto !a ren!erlo $ro$rio !i !iensioni $iccolissie. A''iun'en!o $articelle con

s$in !ierso uella “co)inazione !i in%initi” iene normali""ata, nel senso c/e ∞−∞

nella sua %ora in!eterinata sar u'uale a! un alore $ riscontra)ile solo

s$erientalente. Bella Relatiit !i instein, inece, !i aria)ile c+era solo la costante

cosolo'ica. Insoa, in $resenza !i uantit in%inite, si tratta solo !i sottrarre in%inito

10



!all+in%inito e !i %ar co)aciare l+es$eriento con l+i$otesi %unziona )ene, )enissio in

$ratica, a in teoria, si ca$isce altrettanto )ene, anca !i ualcosa

2. La /eoria delle stringhe, anc/+essa ca$ace !i eliinare 'li in%initi, a con un $roce!iento

!i%%erente e aluanto sin'olare. Ge!iaolo e'lio.

#a teoria delle stringheLa teoria !elle strin'/e /a una storia curiosa, %u sco$erta erso la %ine !e'li anni +*0 $er

!escriere la =orza =orte. L+i!ea !i %on!o era !i consi!erare $rotone e neutrone coe on!e c/e si

uoono lun'o un %ilo c/iuso, una stringa. a)riele Geneziano a!o$er@ una %orula $artorita 200

anni $ria !al ateatico ulero $er i suoi stu!i, c/e $ortarono risultati i'liori !el $reisto,

aetten!o l+esistenza !el gravitone. In $ratica, si tratta !i consi!erare la ateria coe costituita

alle ori'ini non $i7 !a $articelle %on!aentali e in!iisi)ili $unti%ori, a $articelle estese in !ue

!iensioni, c/iuse a %orare una strin'a. :ale strin'a, a secon!a !ella %reuenza e !ell+intensit !i

i)razione, $ro$rio coe la cor!a !i un iolino, %ornisce la $articella !i una assa e !i un+ener'ia.

+ una teoria estreaente se$lice ris$etto alle altre $er ca$irlo seriaoci !i un !ia'raa

usato $er onitorare le %luttuazioni uantistic/e in un sistea, !etto diagramma di 3e4nman

Figura 1

Il !ia'raa a sinistra in %i'ura 1 ostra le interazioni uantistic/e nel Mo!ello Stan!ar!,

ra$$resentan!o le linee entranti !al $assato e uscenti !al %uturo !el sistea. Il $unto critico 6 senza

!u))io il $unto A, !oe si incrociano tali linee uni!iensionali a inter$retan!o uesta situazione

in !ue !iensioni, e cio6 ra$$resentan!o la stessa %i'ura coe un “tu)o”, si ca$isce )ene c/e non

esiste uno e un unico $unto in cui sono concentrate le interazioni e le %luttuazioni uantistic/e,

se$li%ican!o non !i $oco il laoro !ei %isici teorici. Inoltre uesta struttura $i7 “tozza” i$lica c/e

uesti nuoi costituenti %on!aentali !ell+unierso non $ossano sondare ci@ c/e aiene $er

!iensioni inori !ella lun'/ezza !i Planc, eitan!o le %luttuazioni $i7 iolente e i$ree!i)ili.

Per %ar tornare uesta teoria $er@ c+era )iso'no !i ancora un $aio !i a''iustaenti

1. La supersimmetriaF

2. Le dimensioni nascosteF

Simmetria della natura

Se)ra $ro$rio c/e la natura sia sietrica. Le erai'lie !ell+arc/itettura classica si

ri%anno al concetto !el rettan'olo aureo, se'uono sc/ei e $ro$orzioni se$re $recisi e ulti$li. La

%auna e la %lora si !istin'uono $er le trae co$lesse a o!ulari !ei !ise'ni ri$ro!otti sul $elo

!ell+aniale o sui $etali !i un %iore. Alcuni autori /anno %atto !ella sietria il $ro$rio stilea,

$ren!iao la concinnitas !i Cicerone, a! ese$io

“1ro amicis iucundus, inimicis mitis et !acilis

11

A



8, ancora, la %i'ura retorica !el chiasmo 6 %reuentissia $ren!iao il erso !a @l >asseroAolitario !i Leo$ar!i

“odi greggi belar, muggire armenti&

Alla )ase !ella ita sulla terra, inoltre, c+6 la chiralit' !elle olecole )ase l+enantiomeria o

isomeria ottica co$orta un ti$o !i roto-sietria tra olecole s$eculari e non sora$$oni)ili. La

supersimmetria uole associare a! o'ni %erione un )osone !i u'uale assa a !i !ierso s$in e

a! o'ni )osone un %erione, coe so$ra, !i u'uale assa a !ierso s$in.

Ma siao sicuri c/e la natura sia sietrica( Siao a)ituati a ia'inare il on!o coe

una 'ran!e euazione in cui a=a 6 un i!entit, e i terini a sinistra sono sietrici ris$etto ai

terini a !estra. A))iao %e!e nel terzo principio di Newton, c/e %a corris$on!ere a! una %orza

orientata in un o!o e !otata !i una certa intensit un+altra %orza !i stessi o!ulo e !irezione a !i

erso o$$osto. La ita 6 %atta !i cal!i e %re!!i, !i )ianc/i e neri, !i 'rai e acuti, !i !estra e sinistra,

!i ateria e antiateria. $$ure il secondo principio della /ermodinamica,

“F impossibile reali""are una tras!orma"ione il cui unico risultato sia quello di tras!erire calore daun corpo pi* !reddo a uno pi* caldo sen"a l)apporto di lavoro esterno&

aea antici$ato, con l+irreversibilit' dei processi termodinamici, il %atto c/e la natura aesse un

senso. #na !irezione, e non l+altra. Pensiaoci )ene unen!o !ue o$$osti, nella coincidentiaoppositorum, essi !ore))ero annullarsi a icen!a. uan!o !al 3i' 3an' sono nate ateria e

antiateria, are))ero !outo nulli%icarsi all+istante, a cos< non 6 stato. #na liee asietria /a

%atto nascere l+unierso. #na liee $re%erenza $er le tras%orazioni c/e aen'ono verso destra 6

stata res$onsa)ile !ella creazione !ella ita+ #a natura non confonde la destra con la sinistra la

natura è sinistrorsa+

#e dimensioni nascoste

L+esistenza !elle !iensioni nascoste 6 %on!aentale $er il successo !ella teoria !elle su$er-

strin'/e, ossia le strin'/e !otate !i su$ersietria. Be occorrere))ero 10 Hanc/e se secon!o il

%isico teorico . Qitten ce ne sare))e una in $i7, o$$ure 2* $er !are un senso a ci@ c/e ci circon!a.

&oe stare))ero ueste o 22 !iensioni nascoste( Se$lice, sare))ero arrotolate su se stesse, su

scale in%initesiali. Bon $otreo ai e!erle. Coe un o''etto a !ue !iensioni isto !a

lontano se)ra aerne solo una, cos< noi uoini $ossiao e!erne solo ", $i7 uella !el te$o c/e

6 solo ia'ina)ile. Secon!o Ea;in'

“(na possibile risposta potrebbe essere il principio antropico: la vita sulla 8erra non è adatta peresseri bidimensionali, che dovrebbero scavalcarsi tra di loro quando si muovono nella stessadimensione ma in senso opposto' ?i sarebbero problemi anche se le dimensioni “spianate& !ossero

pi* di tre: l-attra"ione gravita"ionale diminuirebbe con la distan"a molto pi* di quanto non !acciaora' @nsomma, le tre dimensioni sono la spiega"ione del !atto che l-elettrone rimane in orbitaattorno al nucleo, sen"a schi""are via e sen"a collassarvi addosso'&

#e difficolt' logiche

La ricerca !i una :eoria !i 8'ni Cosa 6 stata resa $i7 ar!ua !a !ue !i%%icolt lo'ic/e

1. L+autoreferenza !ella stessa un assioa ateatico iene !ato coe in!iostra)ile, e !aesso ne si !e!ucano i teorei. Ma non 6 !etto c/e in un sistea !ierso !al nostro al'ano

'li stessi assioi, n9 c/e non !i$en!ano !a ualcosa !i esterno.

12



2. Il /eorema di GodelF

#%autoreferenza

Si $arla !i autore%erenza uan!o una $ro$osizione si ri%erisce, !irettaente o in!irettaente,

a se stessa. In $ittura uesto %enoeno 6 noto coe effetto !roste, !a una %aosa $u))licit !i

caraelle c/e ra%%i'uraa nella con%ezione una ra'azza c/e tenea in ano la stesso i!entico $ro!otto. Pren!iao la $i$a !i Ma'ritte, c/e ri$orta scritto

“?eci n-est pas un pipe&

8$$ure si consi!eri il roanzo !i Italo Calino Ae una notte d-inverno un viaggiatore

“ =unque, hai visto sul giornale che è appena uscito Se una notte !+inerno un ia''iatore, nuovolibro di @talo ?alvino, che non ne pubblicava da anni' Aei passato e l-hai comprato' Hai !attobene'&

8 ancora, l+o$era Aei personaggi in cerca di autore !i Lui'i Piran!ello

=i giorno, su un palcoscenico di teatro di posa'

IL &IR::8R &I SCBA Oh9 ?he !ai7IL MACCEIBIS:A ?he !accio7 @nchiodo'IL &IR::8R &I SCBA quest)ora7Guarderà l)orologio

Aono già le dieci e me""o' momenti sarà qui il =irettore per la prova'IL MACCEIBIS:A 6a dico, dovr. avere anch)io il mio tempo per lavorare9IL &IR::8R &I SCBA L)avrai, ma non ora'IL MACCEIBIS:A 1 quando7IL &IR::8R &I SCBA uando non sarà pi* l)ora della prova' Au, su, p.rtati via tutto, elasciami disporre la scena per il secondo atto del Giuoco delle parti'

Il teorema di Godel

Il teorea !i o!el ri$ren!e il %aoso $ara!osso !el entitore

“@o mento&

$er cui se !ico il ero allora la !icitura 6 %alsa e se !ico il %also allora la %rase 6 era. Il teorea

!ell+inco$letezza !i o!el a%%era uin!i c/e, data una teoria matematica ben strutturata,

non banale e che ha una descrizione in un numero finito di passaggi, essa è o incompleta,

oppure non esiste+ #na teoria !el tutto sare))e una teoria ateatica coerente, a !ore))e essere

o inco$leta, e allora non sare))e $i7 una teoria !el tutto, o$$ure !ore))e non esistere. Ea;in'

a))ass@ la testa

“lcune persone si arrabbierebbero molto se non dovesse esistere una teoria de!initiva, che possaessere !ormulata come un numero !inito di principi' @o appartenevo a quel gruppo di persone, maho cambiato idea'&

13



Bon tutti i %isici $er@ sono $ronti a rinuciare. Riane !a !ire, $er@, c/e il teorea !i o!el

a a %are il $aio col secon!o $rinci$io !ella tero!inaica ora a''iun'e all+insensatezza !ella ita,

c/e ten!e irrie!ia)ilente all+entro$ia !el caos, un altro in're!iente l%incompletezza+

Godel, &scher, 0ach

#n 'ran!e lo'ico, un 'ran!e $ittore, un 'ran!e usicista. C/e cosa le'a uesti noi, a $arte

la 'loria( #no strano anello, un %enoeno c/e consiste nel ritrovarsi inaspettatamente, salendo o

scendendo lungo i gradini di un *ualche sistema gerarchico, al punto di partenza+ Salire una

scala e ritroarsi ai $ie!i !i essa. sc/er l+/a !ise'nato, o!el l+/a $ensato, 3ac/ l+/a suonato.

Il canone cancrizzante !i 3ac/ H%i'ura 2, conosciuto anc/e coe ?anone C a all+interno

!elle Baria"ioni Goldberg nasce coe una sin'ola %rase usicale, c/e $er@ !ee essere

acco$a'nata !a una secon!a oce ottenuta rile''en!o la $ria, a !i oto contrario, e

sora$$onen!ole. Le !ue %rasi, uin!i, iniziano entra)e !a'li estrei o$$osti, $er $oi a))racciarsi

e se$ararsi !i nuoo, es$loran!osi a icen!a nel corso !ella usica.

Figura 2

La cascata !i sc/er in %i'ura " straol'e la consa$eolezza $ros$ettica e !ise'na un ulinoa! acua c/e !o$o aer esso in %unzione la acina, attraerso una stra!a c/e si sno!a a "ig "ag ottenuta unen!o !ue triangoli di >enrose, ricoincia il $ro$rio ciclo %oran!o uin!i un sistea

c/iuso c/e 'arantire))e un ren!iento $ari a 1 e, iolan!o la conserazione !ell+ener'ia, !are))e

luo'o a! un i$ensa)ile moto perpetuo.

14



Figura 3

+ %acile accor'ersi c/e le cose c/e un sistea /a !a !ire su se stesso sono $ro$rio uelle

intrinsec/e, essenziali, uelle !a cui le altre !i$en!ono. Con!annate a! una $erenne erti'ine, coe

uella c/e !anno !ue s$ecc/i c/e si ri%lettono. Il teorea !i o!el i$lica anc/e uesto c/e uella

erti'ine non $otr ai essere su$erata.

n atto di fede

All+inizio !ell+unierso, uin!i, non c+6 niente c/e $ossa s$ie'are il tutto. Le contra!!izioni

lo'ic/e 'lielo i$e!iscono. Bon si $u@ s$i'are il %uturo $arten!o !al $assato. =orse non troereo

ai un senso ero e reale alla nostra esistenza. La natura %orse 6 $ro$rio cos<, un unierso

narcisistico, $i7 alizioso c/e sottile, nato irrazionale, a con una $untina !i razionalit.

Barcisistico a%%inc/9 'li uoini !esi!erino conoscere uanto 6 straor!inario. lo 6, non ci sono

!u))i. Si cerca !i conciliare il grande con il piccolo la erit 6 c/e a'li estrei la %isica, la

)iolo'ia, la %iloso%ia, la ateatica, !ientanoK assur!i. #n atto !i %e!e. L+esistenza 6 un atto !i

%e!e, cieco e insensato, coe uello !i Dire'aar!. 0isogna scegliere *ualcosa in cui credere+

#a trama della realt'

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Possiao $er@ !e!urre una cosa !alle sco$erte ra''iunte in uesti !ueila anni !i allo''io

sul Pianeta :erra c/e la traa !ella realt consiste in un insieme di rapporti+ Biente nell+unierso,

6 %ine a se stesso. A))iao ri!iensionato la concezione !el te$o, !ello s$azio, !ella ateria.

Se)ra c/e non ci sia $i7 niente !i assoluto. Ci stiao i)atten!o nella ricerca !i una le''e c/e

nello s$ie'are tutto !ore))e autoaticaente s$ie'are anc/e se stessa. Ma nella rincorsa alle

sco$erte %isic/e, l+a)itante !el on!o tecnolo'ico 6 !ientato un nuoo so''etto l+osservatore.L+osseratore 6 in 'ra!o !i in%luenzare la realt 6 il oto !ell+osseratore c/e o!i%ica le

caratteristic/e !el te$o e !ello s$azio, 6 la $resenza !ell+osseratore c/e riela o nascon!e uesta

o uella natura intrinseca !ella ateria. La ita 6 nata $er la comunit'. Il senso !ella ita 6 la

coscienza !i essere esseri !otati !i ra'ione, c/iaati a ra$$ortarci, relazionarci, counicare e

colla)orare, racc/iusi in una scatola !i ateria c/e alle ori'ini se)ra essere assur!a ci si $u@

cre!ere, o ci si $u@ non cre!ere. Per citare il Leo$ar!i !e La Ginestra

“tutti !ra sé con!ederati estima gli uomini, e tutti abbraccia

con vero amor, porgendovalida e pronta ed aspettando aitanegli alterni perigli e nelle angoscedella guerra comune' 1d alle o!!esedell-uomo armar la destra, e laccio porreal vicino ed inciampo,

stolto crede cosI, qual !ora in campocinto d-oste contraria, in sul piJ vivoincal"ar degli assalti,

gl-inimici obbliando, acerbe gare

imprender con gli amici,e sparger !uga e !ulminar col brandoin!ra i propri guerrieri'&

0ibliografia

Ste$/en Ea;in', La teoria del tutto, 3#R, 2015

Paul &aies, La mente di =io, Mon!a!ori, 15

Carlo Roelli, K brevi le"ioni di !isica, Piccola 3i)lioteca A!el$/i, 2014

16



3rian reene, L-universo elegante, inau!i, 1

&ou'las Eo%sta!ter, Godel, 1scher, 2ach, A!el$/i, 1

!;ar! Qitten, La teoria delle Atringhe' La teoria del tutto' &G&, 201"

Salatore Cali%ano, Aimmetrie e asimmetrie nel mondo !isico, P&= 8BLIB

;;;.uantistica.alterista.or' uantisticca: gli strani !ondamenti del nostro mondo

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La Teoria Del Tutto

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