Seduto Scomposto

Quando ho deciso di frequentare Chimica all’università, ho fatto una scelta: ho deciso di fare della scienza il mio mestiere. E quando si parla quotidianamente di scienza, è inevitabile arrivare presto o tardi a farsi delle domande cruciali: esiste Dio? Abbiamo diritto, come scienziati, ad indagare su di esso con metodo scientifico? Fino a che punto ci è lecito esplorarne le caratteristiche (se ne ha, ovviamente)?

Da misero studente, voglio solo dire la mia su un argomento che spesso mi ha fatto pensare. Per molto tempo, moltissimi scienziati hanno sostenuto l’idea (largamente diffusa a tutt’oggi) secondo cui scienza e fede costituiscono due campi separati. Completamente separati. Che non possono, e non devono, interferire l’uno nell’altro. Il concetto stesso di fede è inteso come un credere per dogmi, per verità rivelate, per sensazioni interiori che non possono essere indagate e analizzate in quanto “trascendenti”. Fin qui nessun problema, se così stanno i fatti il metodo scientifico non ha nulla da dire in merito alla fede e non sorge alcun tipo di complicazione. Ma come comportarsi quando salta fuori la Bibbia?

La Bibbia, come il Corano, come la Torah o qualsiasi testo sacro, è reputata una prova dell’esistenza di Dio. Qui sorge la contraddizione: infatti, per quel che penso io, se un credente ha una fede come intesa sopra non ha alcun bisogno di prove “tangibili” dell’esistenza di Dio. La “prima” Bibbia si presuppone fosse un manoscritto (anzi, delle tavole di pietra forse) materiale, concreto, tastabile ed osservabile. La domanda che mi pongo ora è: come tale, la scienza, non può per quel tanto in cui riesce, indagare su di esso come un qualsiasi altro oggetto? Credo che la risposta sia un secco “si”. Ma allora, perchè dinazi a smentite storiche, evidenze contraddittorie ed incongruenze enormi ci si ostina a mantenere lo scritto come prova irrefutabile dell’esistenza di Dio?

O si ha fede e basta, o si accetta che la Scienza (con la maiuscola, includendo tutte le sue branche) metta il naso in ciò che le concerne e si accettano le inevitabili conseguenze. Altrimenti è un continuo prendersi in giro, o sbaglio?

In sti giorni ne ho sentite davvero di tutti i colori sull’LHC di Ginevra. Una valanga di puttanate su puttanate che sommatesi alla disinformazione operata dai media han fatto degenerare il tutto nel caos più totale. Dagli pseudo-scienziati che si preoccupano si fare pseudo-divulgazione-scientifica, ai giornalisti che cercano in tutti i modi di far aumentare le vendite. Tutto questo mi ha fatto rivivere l’ormai lontano 2000, in cui orde di catastrofisti annunciavano l’imminente apocalisse e si proclamava ai quattro venti la futura distruzione del globo. Non ho voluto esprimermi con un post fino ad ora, a “tifone” passato.

Ad ogni modo, se vi interessa capire cos’è successo l’altro giorno all’interno dell’LHC, potete andare QUI, QUI e QUI.

Per capire come avvengono gli esperimenti nell’acceleratore, QUI trovate un video (in inglese) che spiega il tutto passo per passo.

Per un resoconto completo sulla struttura, il funzionamento, i dati, gli esperimenti ed i progetti a riguardo potete andare direttamente sul sito del CERN (QUI e QUI). Per i più esigenti, consiglio il numero di aprile 2008 de Le Scienze, dove potete trovare un servizio molto dettagliato a riguardo.

Un altro blog molto interessante da seguire lo trovate QUI.

In conclusione, continuate a tenervi informati. Siamo solo all’inizio degli esperimenti, l’altro giorno è stata fatta solo l’inaugurazione. Nulla più di un semplice test! ;)

Questo è il terzo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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1924

In risposta a questo problema il francese Louis deBroglie suggerì che la materia, come la luce, potesse avere proprietà sia delle onde, sia delle particelle. Questo dualismo particella-onda – derivato dal lavoro di Einstein e Planck – fu confermato sperimentalmente, per l’elettrone, nel 1927.

1925 – meccanica delle onde

Il fisico austriaco Erwin Schrodinger formulò un modello di un atomo completo come interazione di onde. Le particelle diventarono simili alle vibrazioni di una corda di violino, con la differenza di essere chiuse in un cerchio. La sua equazione differenziale parziale sembrava avvalorare una simile relazione con le meccaniche dell’atomo allo stesso modo di come le equazioni della dinamica di Newton si relazionavano all’astronomia planetaria. Una nuova teoria fisica, chiamata Meccanica Quantistica, presentava così un modello atomico ancora più radicale. Max Born sostenne che le onde di Schrodinger non avevano nulla a che fare con la realtà materiale. Attualmente, luce e materia esistono sotto forma di particelle; ciò che si comporta come un’onda è la probabilità sul dove tale particella si trova. La ragione per cui la luce a volte sembra agisca come un’onda, è il fatto che noi non notiamo l’accumulazione di molte particelle di luce distribuite sulla probabilità di dove ogni particella si potrebbe trovare.

1926

Il fisico tedesco Werner Heisenberg formulò il suo principio di indeterminazione che dice che noi non possiamo sapere attraverso misurazioni la posizione ed il momento di una particella simultaneamente. Meglio si conosce una, peggio conosciamo l’altra. Tali aspetti del mondo microscopico diventano sempre più incerti mano a mano che le scale di tempo e distanza considerate diventano più piccole. Particelle e campi ondulano e saltano tra tutti i valori possibili previsti dall’indeterminazione quantica. Ciò implica che il regno microscopico consiste in un furore continuo, inondato da un mare violento di fluttuazioni quantiche. Fluttuazione quantica: è il comportamento turbolento di un sistema su scale microscopiche dovuto al principio di indeterminazione.

1926

Paul Dirac progettò un modello di meccanica quantistica (sviluppato da Schrodinger e Heisenberg) che forniva le leggi della dinamica che governano le particelle atomiche. A questo punto egli applicò alla meccanica quantistica anche le idee di Einstein sulla teoria della relatività. L’elettrone poteva ora essere descritto da quattro funzioni d’onda, soddisfacendo quattro equazioni differenziali simultanee. Gli elettroni non potevano comunque essere definiti con esattezza ma esistevano come una sorta di nuvola di probabilità all’esterno del nucleo. Alle equazioni di Dirac seguì l’idea che l’elettrone dovesse ruotare, o avvitarsi, attorno al suo asse e che ci dovessero essere anche stati di energia negativa. Dirac suggerì che la deficienza di un elettrone in uno di questi stati potesse essere equivalente ad una particella carica positivamente di vita breve, o ad un positrone con la stessa massa dell’elettrone, ma intrinsecamente opposto in termini di carica elettrica. Nella materia ordinaria, un positrone si dovrebbe incontrare rapidamente con un elettrone e annichilirsi, risultando in una vita brevissima, ma in un vuoto perfetto il positrone può vivere per sempre. Questa nuvola – fotografia (1932) – mostra la traiettoria di una particella di massa elettronica carica positivamente rallentata mentre passa sopra ad una placca di piombo. Essa fu una delle prime evidenze dell’esistenza del positrone. L’introduzione della probabilità costituì una rottura radicale con la fisica tradizionale che conteneva come principio fondamentale il categorico collegamento tra causa ed effetto. La natura probabilistica della meccanica quantistica significò che alcune volte gli eventi accadono per ragioni non analizzabili. O, più correttamente, gli eventi si verificano per cause implicite comprensibili e prevedibili, ma con tempistiche non prevedibili. Non era più possibile collegare eventi conseguenti – gli effetti – ad alcuna causa che potesse permettere di prevedere cosa sarebbe accaduto successivamente. Nonostante gli eventi conseguenti potessero essere previsti in termini di interazioni conosciute tra forze, eventi specifici nel tempo, o eventi scelti specificatamente quando sussistono varie possibilità, non potevano più essere previsti eccetto che su base probabilistica. La realtà sarebbe ora stata descritta attraverso probabilità matematiche al posto di immagini che noi possiamo visualizzare. La durezza della meccanica quantistica portò Bohr a dire:“Chiunque non sia shockato dalla teoria quantistica non l’ha capita”. Malgrado la forte meccanica ondulatoria e le incertezze (in termini di misura), i blocchi fondamentali dell’edificio della conoscenza sulla materia erano ormai stati posti, o così sembrò per un certo periodo. Ma ora – nella seconda metà del ventesimo secolo – tutto divenne complicato un’altra volta. Dopo il 1945 gli scienziati scoprirono centinaia di nuove particelle con l’aiuto di nuove e più potenti macchine – gli acceleratori di particelle – capaci di bombardare il materiale sub-atomico con una forza molto maggiore a più alta velocità. I risultati furono assolutamente sbalorditivi: mentre all’inizio sembrava che ci fossero differenti tipi di particelle atomiche costituenti, successivamente si scoprì che ce n’erano circa un centinaio. Molte di queste particelle furono chiamate adroni. Questa è la famiglia di particelle che subisce la maggiore attrazione nucleare forte e include protoni e neutroni. (L’attrazione nucleare forte mantiene i protoni e i neutroni insieme nel nucleo) Ad ogni modo, esclusi i protoni ed i neutroni, tutti gli adroni sono molto instabili e decadono solitamente nel giro di un milionesimo di secondo, e non fanno parte della materia comune.

Dagli atomi alle stringhe – Parte prima

Dagli atomi alle stringhe – Parte seconda

Questo è il primo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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Evoluzione della nostra conoscenza della materia

Prologo

Un punto importante che distingue il mondo moderno da quello antico è la supremazia della mente. Questa nuova idea si presentò all’inizio in Grecia durante il sesto secolo AC. Questo era in forte contrasto con il resto del mondo antico – dominato dai faraoni e dai re-sacerdoti – dove le forze magiche dominavano le menti della maggior parte delle persone. In un mondo dove l’irrazionale ed il mistico giocavano un ruolo dominante, i Greci si distinsero come i protagonisti della mente razionale.

600 AC

Nella Ionia i curiosi Greci cominciarono dapprima a speculare su quale fosse la natura reale del mondo e quale potesse essere il suo destino. L’analisi fu chiamata filosofia, o “amore per la saggezza”, ed includeva ciò che oggi noi distinguiamo in filosofia e scienza. (Il destino esercitava una grande influenza su tutti i pensieri dei Greci e potrebbe essere una delle fonti da cui la scienza derivò il credo nella legge naturale). I filosofi greci cominciarono a investigare le leggi della natura, e diventarono in questo modo i primi veri scienziati. Talete di Mileto, il primo dei filosofi Ionici, diede per primo la rivoluzionaria nozione che, per capire il mondo, bisognasse prima conoscere la sua natura (“physis”, da qui la moderna “fisica”) e che ci fosse una spiegazione in termini naturali per tutti i fenomeni. Questo fu un gigantesco passo in avanti dall’assunto del vecchio mondo che le forze soprannaturali determinavano ogni cosa.

460 AC

Democrito, dalla Grecia, sviluppò l’idea di dividere la materia in parti sempre più piccole fino a che non si potesse dividerla ulteriormente. Egli chiamò questi piccolissimi pezzi atomi (atomos = individibile in Greco). Questa fu un’idea filosofica prima ancora che una teoria scientifica. Dopo l’era Greca le investigazioni scientifiche diminuirono enormemente. I Romani, nonostante fossero grandi ingegneri, erano meno interessati alla natura della materia. E con l’insorgenza del Medio Evo il dogma divenne più importante della scienza. Come risultato, per più di duemila anni, la teoria atomica rimase dormiente.

1803 – teoria atomica

John Dalton, un chimico Inglese, rispolverò il termine atomo quando suggerì che ciascun elemento fosse fatto di atomi unici e che gli atomi di un elemento fossero tutti uguali. Egli formulò una teoria in cui le reazioni chimiche risultavano dall’unione e dalla separazione di questi atomi e in cui questi atomi avevano proprietà caratteristiche. Combinazioni di atomi si legavano tra di loro in ciò che egli chiamò molecole.

1869 – la tavola periodica

D. I. Mendeleyev, un chimico Russo, sviluppò la legge sulla periodicità delle proprietà degli elementi chimici. * Questa legge implica che gli elementi hanno una periodicità (modello regolare) delle proprietà quando sono distribuiti secondo il peso atomico. Molti nuovi elementi furono scoperti in natura, e il loro comportamento chimico rispondeva esattamente a ciò che la tavola periodica di Mendeleyev prediceva.

*elemento = il tipo più semplice di sostanza chimica. Gli elementi possono essere visti come fondamentali nelle reazioni chimiche. Essi non possono essere semplificati ulteriormente utilizzando reazioni chimiche.

Per un certo periodo di tempo sembrò che gli atomi fossero le particelle fondamentali. Come suggerisce il loro nome, essi non potevano essere divisi in nulla di più semplice. Ad ogni modo, verso la fine del XIX secolo, divenne chiaro che gli atomi non erano le particelle più fondamentali, dato che essi stessi erano fatti di particelle più piccole. Una di queste particelle atomiche è l’elettrone, che ora si pensa sia la particella fondamentale.