I misteri della materia? Lo spettacolo deve continuare

SEZIONE 3
SCIENZE UMANE
PBD 11
Tullio Regge
I misteri della materia? Lo spettacolo deve continuare1
Il sogno di una teoria unificata che «illumini di immenso» i misteri e le meraviglie dell’Universo è antico:
potremmo farlo risalire a Tolomeo. La legge di gravitazione universale rimane ancora oggi per me e tanti miei colleghi
fonte di attonito stupore. Quella scoperta di Newton permise a Le Verrier di localizzare il pianeta Nettuno da
irregolarità nel moto di Urano. Anni dopo risultò chiaro che anche il pianeta Mercurio era disobbediente: il perielio (il
punto in cui l’orbita eccentrica del pianeta è alla minima distanza dal Sole) si sposta continuamente.
In parte questo effetto è dovuto agli altri pianeti, tra cui la Terra, ma rimaneva qualcosa di inspiegabile. La
volpe perde il pelo ma non il vizio: Le Verrier ci pensò sopra e annunciò la scoperta di un nuovo pianeta, Vulcano, che
si muoveva lungo un’orbita interna a quella di Mercurio. Gli astronomi puntarono i telescopi nel punto indicato da Le
Verrier, ma Vulcano non si presentò all’appuntamento.
Il mistero fu risolto solo verso la fine della Prima guerra mondiale, quando Einstein portò a termine la
costruzione della relatività generale, un’impresa intellettuale pari solamente alla scoperta della legge di gravitazione
universale. Lo spazio-tempo della relatività ristretta era piatto e uguale a se stesso in ogni punto e direzione. Le
equazioni di Maxwell per il campo elettromagnetico si adattavano mirabilmente a questo spazio, ma non la
gravitazione, che resisteva ai tentativi di unificazione. Einstein si rese conto che la gravità non poteva sussistere in uno
spazio piatto e che esigeva ben altro ambiente.
Gli antichi pensavano alla Terra come a un disco piatto, solo in tempi abbastanza recenti ci si rese conto della
forma sferica. L’idea vincente di Einstein fu quella di costruire uno spazio-tempo curvo, geniale idea di Bernard
Riemann, e di collegare la gravità a questa curvatura. La presenza di una massa distorce la geometria dello spazio un
po’ come un peso su un telo elastico. Una biglia che corre su questo telo si muove lungo una traiettoria curva che
richiama quella dei pianeti attorno al Sole.
La relatività generale ha dato una spiegazione chiara e convincente delle anomalie nel moto di Mercurio, ma ha
anche predetto il valore esatto della deflessione di un raggio luminoso lungo il bordo solare e lo spostamento verso il
rosso delle righe nello spettro solare. Oggi le conferme della relatività generale non si contano più e la teoria ha
permesso la costruzione di modelli cosmologici di altissimo interesse. I fisici guardano al cosmo che ci circonda ma
anche all’infinitamente piccolo: questi due temi paiono avere nulla in comune, ma sono strettamente collegati.
L’osservazione di galassie remote e del fondo di radiazione cosmica indicano che l’universo è nato circa 14 miliardi di
anni fa da una palla di fuoco (il Big Bang) che si è espansa e raffreddata fino ai giorni nostri. Dalla condensazione della
nuvola sono sorti galassie, stelle e pianeti, tra cui la Terra. La dinamica di questa espansione non sarebbe comprensibile
senza la relatività generale. Tuttavia la relatività è necessaria ma non basta.
Il comportamento della materia nei primi istanti del Big Bang e l’evoluzione dell’Universo non sono
prevedibili senza ricorrere a teorie unificate che descrivono la materia ad altissime temperature e densità. Gli
acceleratori di particelle hanno fornito preziose informazioni per la costruzione di teorie unificate della materia come il
modello standard delle particelle elementari. Ma la corsa non è finita. Una particella elementare è solitamente
immaginata come una pallina piccolissima, ma la realtà potrebbe essere diversa. Esistono teorie in cui l’ente
fondamentale è una stringa, una specie di frusta elastica vibrante le cui estremità si muovono alla velocità della luce. I
vari modi di vibrazione dovrebbero corrispondere a famiglie di particelle prodotte nei grandi acceleratori.
Non è escluso che in futuro si assista all’unificazione di modelli che all’apparenza sembrano non avere nulla in
comune. Molti sperano di realizzare il sogno di Einstein e di giungere al modello finale che spiega tutto il
comportamento della materia e unifica tutte le teorie esistenti, ivi inclusa la relatività generale. Se questo sogno venisse
realizzato, l’umanità sarebbe giunta a fine corsa e vedrebbe la fine della fisica, con grande gioia di coloro che la
detestano. In matematica il teorema di Goedel ha distrutto il sogno di un formalismo finale e completo e appunto per
questa ragione la matematica rimane disciplina piena di sorprese e quanto mai vitale. La scoperta di un modello finale
per la fisica sarebbe una iattura, la fine di uno spettacolo incomparabile e avvincente, e spero che ciò non avvenga.
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T. Regge, I misteri della materia? Lo spettacolo deve continuare, in «Lo Specchio», 15 gennaio 2005 [750 parole,
4720 battute].