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Tutti i misteri dell'universo

Mistero sull'origine dell'universo

Uno dei più grandi misteri dell'universo riguarda la sua origine, e quindi la conoscenza dei percome e dei perché della sua stessa esistenza.

Sebbene questo sia un tema molto più caro ai filosofi che agli scienziati, la scienza in questi ultimi secoli non è stata certo in disparte, e ha compiuto molti passi in avanti. Eppure una soluzione a questo grande dilemma è ancora di là da venire.

Probabilmente la teoria scientifica più accreditata come possibile soluzione a questo dilemma è quella che chiama in causa il vuoto quantistico e le sue fluttuazioni spontanee di energia. In quest'ottica l'universo sarebbe semplicemente una manifestazione spontanea nello spazio dello stato zero di energia, e la possibilità di avere materia secondo quanto stabilito dalla famosa equazione di Einstein sull'equivalenza massa energia scaturirebbe dall'esistenza di regioni spaziali in cui l'energia si trovasse ad essere localmente diversa da zero.

Questa soluzione pur contando su alcuni riscontri, a cominciare dal fatto che l'universo sembra avere proprio un'energia complessiva pari a zero, non è comunque sufficiente sul piano logico, perché non ci pone al riparo dalla domanda su chi abbia creato il vuoto quantistico e le leggi che lo governano.

Mistero sullo stato dell'universo

Un altro importantissimo mistero che riguarda l'universo è perché sia proprio come ci appaia e non in un qualsiasi altro modo, o detto in termini più espliciti: perché sia regolato proprio da certe leggi e non da altre.

Sebbene questa questione possa apparire piuttosto secondaria e trascurabile per chiunque non sia avvezzo di scienza, ciò che è in gioco è piuttosto importante. Mi riferisco alla necessità di spiegare l'universo senza doverlo considerare il frutto di una scelta arbitraria, dal momento che una tale conclusione esporrebbe immediatamente al problema di stabilire chi abbia effettuato questa scelta, e rilancerebbe l'idea che alla base di tutto ci sia un Dio creatore.

Una delle soluzioni invocate dalla scienza è stata quella di supporre che le leggi del nostro universo siano le uniche possibili, in quanto non ve ne sono altre in grado di generarsi spontaneamente dalle simmetrie che caratterizzano il vuoto quantistico da cui l'universo avrebbe origine.

Il problema è che una simile conclusione parte dal presupposto che nell'universo valga proprio la matematica che noi conosciamo, e dunque sarebbe ancora possibile chiedersi: "come mai nel nostro universo vale propria questa matematica e non una qualsiasi altra?".

Un'altra soluzione proposta da alcuni scienziati riguarda l'ipotesi che esistano infiniti universi ciascuno dotato di un proprio insieme di leggi. Questo significa che doveva esserci perlomeno un universo in grado di ospitare proprio le leggi del nostro, e quindi avere le sue stesse caratteristiche ivi compresa quella di ospitare esseri umani in grado di porsi proprio queste domande.

Il problema che sorge in questo caso è che una realtà effettivamente costituita da un numero illimitato di universi dovrebbe essere "alimentata" da un livello infinito energia, e questa risulta essere una caratteristica inaccettabile sul piano fisico.

Mistero sulla sostanza ultima dell'universo

Un altro interessante mistero che riguarda l'universo nel suo complesso è quale sia la sua natura più profonda cosa, e quindi l'interrogativo di cosa sia in ultima istanza la materia di cui è composto.

In quest'ambito, almeno apparentemente, la scienza ha compiuto importanti conquiste.

Oggi sappiamo, ad esempio, che gli oggetti materiali della nostra esperienza sensibile sono costituiti da un numero incredibilmente grande di molecole, che a loro volta sono costituite da atomi e questi da particelle.

Sappiamo come e perché le particelle si distribuiscono nello spazio, e come questo porti gli oggetti materiali ad avere certe proprietà fisiche piuttosto che altre.

Eppure, nonostante tutte queste scoperte, il velo che nasconde la vera essenza della materia non è mai stato veramente scalfito dall'indagine scientifica. Con ciò intendo dire che la stessa nozione di materia che le popolazioni primitive attribuivano agli oggetti della loro quotidianità, è la stessa che gli scienziati sono andati via via trasferendo alle molecole, agli atomi e alle particelle.

È quindi evidente come la comprensione di cosa sia veramente la materia non possa essere realmente ottenuta accedendo alle strutture sempre più piccole che la compongono, ma richiede un vero e proprio salto concettuale.

Mistero sullo stato di incompatibilità delle particelle

Facendo una prima escursione verso il mondo microscopico, e quindi spostandoci nel regno di interesse della meccanica quantistica, ci imbattiamo in uno dei più intriganti misteri che la caratterizzano, ovvero la natura duale delle particelle.

Il problema si presenta in maniera chiara e incontrovertibile in alcuni esperimenti che hanno fatto letteralmente la storia della fisica, il più conosciuto dei quali è quello denominato: "esperimento delle due fessure".

In sostanza le particelle mostrano di possedere in ogni punto delle spazio due nature incompatibili tra loro. Mi riferisco alla natura corpuscolare, che fa considerare la particella alla stregua di un piccolissimo puntino di materia, e alla natura ondulatoria, che la fa considerare capace di propagarsi lungo una specifica direzione così come farebbe un'onda.

L'incompatibilità tra queste due nature nasce dalla considerazione che un piccolo puntino di materia non possiede la delocalizzazione spaziale richiesta per la propagazione ondulatoria.

Il dilemma non è di poco conto perché di fatto l'incompatibilità è innegabile, e se dovessimo procedere in modo rigoroso saremmo costretti a concludere che le particelle non possono esistere.

Quest'ultima conclusione è chiaramente assurda, ed è facile comprendere come mai gli scienziati non l'abbiano mai veramente presa in considerazione.

Quello che invece hanno fatto gli scienziati è poi diventato un classico, nel senso che è stato ripetuto puntualmente di fronte a tutti gli altri aspetti paradossali del mondo microscopico. In pratica si sono limitati a considerare questa stramberia come un dato di fatto, rinunciando così all'ambizione di poter descrivere i fenomeni microscopici in termini logici.

È una soluzione di compromesso che non risolve ma ingloba in sé la suddetta incompatibilità, ma che tuttavia può reggersi speculando sul fatto che la duplice natura delle particelle, pur essendo posseduta da loro in ogni punto dello spazio, non si manifesta mai contemporaneamente nelle nostre misurazioni (nel senso che quando una particella si comporta come un corpuscolo smette di agire come un'onda).

Mistero sullo stato di irrealtà delle particelle

Le stravaganze della meccanica quantistica non si esauriscono certamente al mistero legato alla natura duale delle particelle, ma interessano tanti altri aspetti del mondo microscopico che una volta evidenziati lasciano letteralmente senza parole.

Si possono citare in proposito i cosiddetti esperimenti a scelta ritardata nei quali le particelle si dimostrano in grado di prevedere il comportamento futuro dello sperimentatore, o visto da un'altra angolazione: ciò che fa lo sperimentatore in un certo momento risulta in grado di influire su quello che hanno già fatto le particelle un momento prima.

L'impossibilità di spiegare in termini classici questo comportamento come tanti altri ha costretto gli scienziati a concludere che l'unica cosa che fosse veramente lecito considerare reale nell'ambito microscopico fosse la sola descrizione matematica per mezzo della quale era possibile prevedere gli esiti degli esperimenti, seppur in termini statistici.

Questo è un punto molto importante, non adeguatamente compreso da chi ha poca dimestichezza con questa disciplina scientifica. E costituisce il motivo per il quale ogni descrizione fisica dello stato posseduto dalle particelle prima della loro misurazione viene considerato illecito e pertanto rifiutato a priori.

Si tratta di una soluzione molto pragmatica che però comporta un prezzo piuttosto alto da pagare, in quanto presta il fianco all'inquietante domanda di come possa qualcosa di fisicamente irreale dare luogo manifestazioni tangibili e perfettamente descrivibili in senso fisico quali quelle che si manifestano nel momento in cui misuriamo le particelle.

C'è qualcosa di profondamente fastidioso in tutto questo, e non è un caso se di fronte alle incongruenze della meccanica quantistica molti grandi scienziati hanno sentito l'esigenza d invocare una nuova base concettuale per tutta la fisica.

Mistero sullo stato di non oggettività delle particelle

La natura delle particelle non è soggetta solamente agli stati di incompatibilità e irrealtà visti in precedenza, ma perfino a quello di non oggettività. Dove con il termine oggettività mi riferisco alla capacità di una qualunque proprietà fisica di fornire un riscontro positivo di sé tutte le volte in cui si cerchi di misurarla.

Una realtà che risulti non oggettiva nell'accezione appena indicata è difficilmente definibile, eppure è questo il tipo di realtà a cui gli scienziati si trovano di fronte quando hanno a che fare con il mondo microscopico, e in specifico ogniqualvolta ha luogo quel fenomeno quantistico universalmente noto con il termine entanglement.

L'entanglement è quella condizione a cui giungono i sistemi quantistici quando i diversi stati di cui si compongono vengono a perdere le loro proprietà oggettive in favore di un sistema complessivo in cui nessuna delle suddette proprietà possa essere ancora riscontrata con certezza.

Inutile dire che anche in questo caso gli scienziati si sono limitati a prendere atto del fenomeno, senza fornire alcuna giustificazione fisica e logica per questa perdita di oggettività.

Mistero sull'oggettivazione diretta delle particelle

Quando eseguiamo una misura su una roccia pesante diverse tonnellate non ci aspettiamo si verifichino particolari conseguenze sulla stessa a causa della nostra azione. Diversa è la situazione quando ci accingiamo a misurare oggetti molto più piccoli, fino al caso limite costituito dalle particelle.

In questo caso è del tutto fisiologico aspettarsi che le misure si trovino a interferire con il comportamento stesso che viene misurato, senza che ciò abbia il significato profondo che gli viene spesso attribuito in termini di correlazione e indistinguibilità tra osservatore e osservato.

Detto questo c'è comunque un vero e proprio problema che affligge la misurazione nell'ambito microscopico, ma è un problema che attiene allo stato di irrealtà in cui vengono considerate essere le particelle prima che la suddetta misurazione abbia effettivamente luogo.

Il fatto è che misurando queste particelle non si inducono dei semplici cambiamenti di velocità e posizione, ma si verifica una vera e propria oggettivazione. Con ciò intendo dire che se prima della misurazione alle particelle non poteva essere attribuita alcuna proprietà fisica, successivamente si trovano ad assumere connotazioni ben specifiche e definite che altrimenti non avrebbero assunto.

Questo significa che la realtà non si oggettiva da sola, ma ha bisogno di essere misurata per poterlo fare. Il guaio è che i modelli scientifici a nostra disposizione non permettono di comprendere quali siano le cause fisiche responsabili di questo processo e perché si producano proprio nel momento della misurazione.

Pertanto per salvaguardare la consistenza formale della meccanica quantistica si è dovuto proceduto a introdurre il postulato della riduzione del pacchetto, che è un'operazione che si svolge a livello di descrizione matematica, ed è costituita dal considerare reale solo ciò che misuriamo e dal momento in cui lo misuriamo.

Mistero sull'oggettivazione indiretta delle particelle

L'ignoranza dei suddetti meccanismi ha dato avvio a interpretazioni piuttosto fantasiose sul fenomeno dell'oggettivazione delle particelle. Mi riferisco in particolare a quella corrente di pensiero secondo la quale sarebbe la mente ad esserne responsabile e non l'atto della misurazione.

In particolare sarebbe la conoscenza del cammino realmente compiuto dalle particelle durante gli esperimenti a farle collassare in corpuscoli.

Tuttavia, come ben sappiamo, le regole della meccanica quantistica vietano di attribuire allo stato delle particelle qualsiasi tipo di proprietà fisica prima della loro misurazione, cammino compreso, pertanto la suddetta ipotesi si qualifica subito come illecita.

È comunque interessante citare gli esperimenti compiuti nell'università del Maryland da alcuni scienziati, nei quali le particelle sembrerebbero proprio oggettivarsi non appena diviene possibile conoscerne il cammino. E questo senza che suddette particelle siano sottoposte direttamente ad alcuna misurazione.

Come tutto ciò sia possibile potrà essere chiarito quando la scienza avrà identificato i meccanismi responsabili dell'oggettivazione. Per il momento possiamo limitarci ad escludere il ruolo della mente, visto che tali esperimenti possono essere ideati e compiuti anche in assenza di osservatori (e quindi di menti), senza che gli esiti cambino di una virgola.

Mistero sull'oggettivazione del macrocosmo

Quando osserviamo il mondo macroscopico della nostra esperienza quotidiana ci confrontiamo in ogni momento con corpi materiali ben definiti fisicamente e con proprietà oggettive. È una situazione di perfetta normalità che diamo per scontata, eppure l'universo non è altro che un insieme di tantissime particelle, e in questo senso avremmo dovuto sperimentare gli stessi stati di irrealtà e mancanza di oggettività che riscontriamo a contatto con il mondo microscopico.

L'unica conclusione possibile è che quello che noi identifichiamo come mondo macroscopico sia in realtà il risultato di precedenti misurazioni. Con ciò intendo dire che tutto quello con cui interagiamo nella nostra quotidianità è sempre e comunque un insieme di particelle che hanno finito per oggettivarsi prima che potessimo percepirle, o al limite nel momento stesso della nostra percezione.

Il problema in questo caso è che non possiamo inserire queste proprietà all'interno del formalismo della meccanica quantistica, in quanto il postulato della riduzione del pacchetto perde di senso se applicato al mondo macroscopico.

Infatti se nella descrizione del mondo microscopico possiamo considerare reale tutto quello che misuriamo nel momento in cui lo misuriamo perché siamo noi gli artefici di quelle misurazioni, a livello di mondo macroscopico non è chiaro quali debbano essere queste misure. In questo senso estendere la riduzione del pacchetto agli oggetti della nostra esperienza quotidiana ci esporrebbe a conclusioni assurde come quella secondo la quale l'intero universo è potuto esistere solo perché qualcuno l'ha osservato.

In pratica la meccanica quantistica si trova nell'imbarazzante situazione di non riuscire a fornire una descrizione valida di quanto accade a livello macroscopico. Ed è questo il motivo per il quale non può ancora essere considerata una teoria completa nella descrizione del mondo.

Mistero sull'effetto tunnel

Il fatto che la meccanica quantistica non sia in grado di descrivere il macrocosmo non crea grosse difficoltà perché ci sono altre aree della fisica che permettono di farlo piuttosto bene.

Ad esempio se corriamo contro una parete fino a sbatterci addosso possiamo certamente prevedere quale sarà l'esito dell'impatto. Il nostro corpo è fatto di materia solida e possiede una certa stabilità strutturale, lo stesso vale per la parete e questo di fatto impedisce ogni possibile compenetrazione.

L'esito dell'impatto può quindi essere descritto con dovizia di particolari dalle altre aree della fisica, senza ricorrere in alcun modo alla meccanica quantistica.

A risultare problematico è un altro aspetto della meccanica quantistica che ho già avuto modo di sottolineare: l'impossibilità di affiancare alla sua descrizione matematica dei veri e propri fenomeni fisici. Questa impossibilità deriva delle insormontabili difficoltà che si incontrano nel momento in cui si cerca di descrivere in modo classico quello che le particelle sono in grado di realizzare.

Un ulteriore riscontro di questa impossibilità possiamo trovarla nel fenomeno definito come effetto tunnel, che descrive la capacità delle particelle di oltrepassare una barriera energetica nonostante non abbiano l'energia sufficiente per poterlo fare. È come se le particelle potessero scavarsi un tunnel all'interno di quella barriera e passarci attraverso, da qui il nome del fenomeno.

Cercare di spiegare l'effetto tunnel in termini classici sarebbe un po' come accettare che andando a sbattere continuamente contro una parete, prima o poi si riesca a oltrepassarla come se fossimo dei fantasmi.

È quanto mai evidente che il mondo microscopico sembra seguire altre regole rispetto a quello macroscopico della nostra quotidianità, regole che sfuggono alle nostre capacità logiche, rendendo vano ogni tentativo di descrizione in termini classici.

È una difficoltà che però ha la sua ragione di essere all'interno dei modelli di realtà impiegati attualmente dalla scienza, ma che potrebbe essere del tutto rimossa con lo sviluppo di nuovi modelli (come di fatto avviene nel momento in cui ci serviamo del modello di realtà da me sviluppato).

Mistero sulla non località

Ben più problematico dell'effetto tunnel risulta essere l'esperimento EPR (dalle iniziali dei suoi ideatori: Einstein, Podolsky e Rosen) che può essere usato per dimostrare come una misurazione di una particella comporti dei cambiamenti istantanei ad un'altra particella arbitrariamente distante.

Come un'azione subita da una particella possa influenzare istantaneamente quello che si verifica in un'altra regione dello spazio è un mistero che la scienza non sa tuttora spiegare, essendo la velocità della luce il limite invalicabile entro il quale devono situarsi tutti i fenomeni naturali (perlomeno quelli che implichino un trasporto di energia).

È importante comprendere come questo appena evidenziato non sia un reale problema in ambito quantistico perché come abbiamo ormai imparato è del tutto illecito cercare di attribuire un reale significato fisico alle peripezie delle particelle microscopiche.

In questo caso però si pone un problema di altro tipo, dal momento che il fenomeno è reale e come tale potrebbe essere impiegato per realizzare comunicazioni istantanee a distanza.

Attualmente simili imprese sembrano del tutto irrealizzabili per la natura stocastica degli stessi processi quantistici, ma se un giorno questo limite dovesse essere superato, sarà molto più difficile sostenere di non essere di fronte a una reale violazione delle leggi della relatività ristretta di Einstein.

Mistero sull'indistinguibilità delle particelle

È un fatto che tutte le volte in cui misuriamo un elettrone questo lasci le stesse tracce di tutti gli altri elettroni, e la stessa cosa vale per i fotoni, i neutroni, i protoni e via discorrendo. In altre parole tutte le particelle di uno stesso tipo risultano fisicamente identiche le une alle altre, ed è praticamente impossibile riuscire a distinguerle.

Ed è un fatto che se concediamo sufficiente tempo a una particella potremo trovarci a misurarla in un punto qualsiasi dello spazio

Combinando tra loro queste due caratteristiche giungiamo alla conclusione che sia impossibile distinguere nel tempo una particella da tutte le altre del suo stesso tipo. E poiché questa cosa avviene sempre e indipendentemente dai nostri limiti tecnologici, va considerata una proprietà intrinseca del mondo microscopico.

Questo significa che nell'ambito della meccanica quantistica non sarà lecito riferirsi alle particelle in termini individuali. In altre parole non saremo autorizzati a usare frasi del tipo: "questo specifico elettrone ha tali caratteristiche", ma dovremo usare piuttosto frasi del tipo: "siamo di fronte a un qualsiasi elettrone che ha tali caratteristiche".

Giova considerare come questa sia una proprietà che possiamo legittimamente attribuire alle particelle in quanto scaturisce da caratteristiche che le stesse mostrano di possedere oggettivamente a lato della loro misurazione.

È tuttavia evidente come anche in questo caso ci troviamo di fronte a una proprietà difficilmente spiegabile in termini classici, dal momento che nel mondo macroscopico ne riscontriamo una diametralmente opposta, essendo perfettamente sensato riferirci in termini individuali agli oggetti della nostra quotidianità

Mistero sull'indeterminazione di Heisenberg

Altro mistero che attiene alla meccanica quantistica e in particolare al processo di misurazione delle particelle è quello che si nasconde dietro l'indeterminazione di Heisenberg.

L'indeterminazione di Heisenberg esprime l'impossibilità di misurare il valore di velocità e di posizione di una particella in un dato momento, nel senso che più si affina la misura dell'una più diventerà indeterminata la misura dell'altra.

Il guaio è che nel momento in cui consideriamo la meccanica quantistica come una descrizione completa del mondo microscopico, a trovarsi nell'impossibilità di conoscere con esattezza lo stato delle particelle non siamo solo noi, ma la natura stessa. E questo significa che a definire lo stato della particella sarà l'intervento del caso.

Il problema in questo frangente nasce dal fatto che la capacità del caso di operare in modo coerente alle previsioni della meccanica quantistica appare di difficile giustificazione, dal momento che richiede una dose di intelligenza e conoscenza che dovrebbero essere del tutto estranee a un'azione cieca e spontanea della natura, quale dovrebbe essere quella attribuibile al caso.

Mistero sul fenomeno dell'emergenza

Abbandoniamo il mondo microscopico per confrontarci con un altro aspetto molto particolare dell'universo. Mi riferisco all'enorme ricchezza che lo caratterizza sia per quanto riguarda la materia inanimata, come le galassie, le stelle e i pianeti, sia per quanto riguarda la vita in tutte le sue molteplici espressioni.

È indiscutibile che le manifestazioni attraverso le quali l'universo viene ad esprimere tutta questa ricchezza mostrino una specializzazione piuttosto spinta e un notevole sincronismo interno.

Il problema in questo caso è costituito dalla difficoltà di spiegare come questa specializzazione e questo sincronismo si siano potuti originare dalle sole interazioni permesse dalle quattro forze fondamentali della natura.

Faccio presente a questo proposito che per quanto queste forze mostrino un'innata eleganza matematica sono pur sempre poche e sintetiche leggi dalle quali sarebbe stato più lecito aspettarsi un universo molto più omogeneo e monotematico.

Altrettanto insoddisfacente risulta il tentativo di giustificare la ricchezza dell'universo attraverso l'introduzione di opportuni fenomeni emergenti a cui attribuire le caratteristiche più peculiari della natura.

Il problema dei fenomeni emergenti è quello di non poter essere considerati come conseguenza della complessità di un sistema materiale, come viene proposto da più parti, né come conseguenza di qualsiasi altra caratteristica della materia, se non si identificano prima gli esatti meccanismi che presiedono alla loro formazione, cosa questa che nessuno è mai riuscito a fare.

D'altro canto se si sceglie di pensare a loro come a delle vere e proprie leggi possedute dall'universo al momento della sua creazione, si incorrere nella non indifferente problematica di dover spiegare come abbia fatto l'universo ad essere "consapevole" di qualcosa che la natura avrebbe manifestato solo miliardi di anni dopo la sua origine.

Mistero sulla comprensione umana della natura

Un aspetto problematico dell'universo non ancora ben compreso è quello che riguarda la sua capacità di ben adattarsi alle nostre descrizioni scientifiche.

Molti si limitano a constatare la sbalorditiva capacità delle leggi della natura di esprimersi in forma matematica, mentre quello di cui dovremmo realmente sorprenderci è qualcosa che sta ancora più a monte, ovvero il fatto stesso che la nostra mente sia capace di comprendere qualcosa di sensato dall'osservazione della natura.

Il punto è che qualunque fosse stato il linguaggio nel quale l'universo avesse "deciso" di esprimersi, avrebbe potuto travalicare le nostre capacità di rappresentazione. Eppure non solo così non è stato, ma la nostra mente sembra fatta apposta per decifrare le dinamiche interne su cui si snocciola la natura.

Questo discorso è tanto vero al punto che noi esseri umani siamo stati capaci di imbrigliare le regole che governano l'universo in una lunga serie di discipline scientifiche, tutte indipendenti tra loro e coerenti al loro interno. Mi riferisco quindi non solo alla matematica e alla logica, ma alla fisica, alla chimica, alla biologia e via discorrendo.

Così non solo l'universo sembra parlare la nostra stessa lingua, ma sembra condividere i nostri stessi punti di vista sulla natura. Spiegare come ciò sia possibile è un qualcosa che va completamente al di là degli attuali modelli scientifici e ci richiede di rivoluzionare completamente il nostro modo di concepire il rapporto tra la mente e la realtà.

Mistero sul caso non epistemico

È molto interessante notare come uno degli strumenti utilizzati dalla scienza per trarsi di impaccio da alcune imbarazzanti situazioni sia costituito dalla nozione di caso.

Il caso quando sia ritenuto non epistemico (come avviene nell'ambito della meccanica quantistica o della teoria dell'evoluzione naturale) è inteso come un atto cieco e spontaneo della natura, in grado quindi di avvenire senza che si possa o si debba invocare qualsiasi motivo a sua giustificazione.

Ciò che rende la situazione per certi versi paradossali è il fatto che una tale nozione non solo non migliora la nostra comprensione del mondo, ma è essa stessa problematica se non addirittura contraddittoria.

Il punto è che nessun fenomeno che sia autenticamente casuale può essere considerato un atto cieco della natura dal momento che la sua manifestazione ingloba in sé la consapevolezza di tutti gli esiti possibili e la conoscenza di come si distribuiscano le rispettive probabilità.

E non può essere considerato neppure un atto spontaneo dal momento che la sua capacità di generare esiti privi di una qualunque regolarità lo qualifica piuttosto come fenomeno infinitamente complesso. In questi termini non sorprende che neppure il computer più sofisticato del mondo abbia la possibilità di simulare un processo genuinamente casuale.

Queste caratteristiche non fanno del caso epistemico un qualcosa che possa avvenire senza che ve ne sia una ragione, e questo significa che la scienza ha il dovere di indicare cosa si nasconda dietro il caso epistemico se vuole servirsene all'interno delle proprie teorie.

Mistero sull'irreversibilità

Se qualcuno ci dicesse che è possibile vedere persone che camminano all'indietro o che ringiovaniscono invece di invecchiare oppure pezzi di vetro che improvvisamente si alzano dal pavimento per andare a ricomporsi in un bicchiere sopra un tavolo o altre bizzarrie di questo tipo, noi immagineremmo subito la scena di un film le cui immagini fossero fatte scorrere al contrario.

In effetti queste scene possono veramente verificarsi all'interno di un film proprio perché le pellicole su cui sono impresse possono essere davvero riavvolte in senso contrario.

La cosa stupefacente è che anche tutti i fenomeni fisici studiati dalla scienza dovrebbero consentire questo tipo di avvenimenti, perché tutto quello che possono provocare in una direzione spaziale possono provocarlo anche nella direzione opposta.

Mentre è un fatto che nell'universo che noi sperimentiamo tutti gli eventi sembrano procedere sempre nella medesima direzione, come se fossero accompagnati da una sorta di irreversibilità che pur estranea alle leggi della fisica risulta in grado di permeare di sé tutta la natura.

Per conciliare i dati della nostra osservazione con la capacità degli eventi di poter avvenire nelle opposte direzioni spaziali, la scienza si è servita di considerazioni di tipo statistico, arrivando alla conclusione che l'evoluzione degli eventi che noi riconosciamo come futuro sia nettamente più probabile di quella che riconosciamo come passato.

In questi termini potrebbe anche succedere che mantenendo accesso un frullatore venga a ricomporsi all'improvviso la frutta che si era precedentemente scomposta al suo interno, ma il tempo necessario perché un tale evento possa verificarsi spontaneamente supera di gran lunga il tempo di vita dell'universo, e quindi non potremo mai osservarlo.

Sebbene questo discorso sia convincente dal punto di vista concettuale, il problema è che alla sua base sono poste considerazioni di tipo statistico non giustificate da alcun fenomeno fisico. E solo i fenomeni fisici possono essere considerati responsabili dei comportamenti ricorrenti della natura.

Mistero sul caso epistemico

Torniamo per un momento alla nozione di caso, ma questa volta valutiamolo nella sua accezione epistemica.

Si deve sapere che il caso quando sia ritenuto epistemico si riferisce a un qualsiasi evento casuale la cui descrizione in termini di probabilità non risulta affatto necessaria, in quanto una conoscenza precisa di tutti i fenomeni fisici coinvolti permetterebbe di prevederne gli sviluppi con esattezza matematica.

L'esempio più tipico di caso epistemico è quello costituito dal lancio di una moneta.

Sappiamo che lanciando più volte una moneta finiremo per ottenere un numero di esiti "testa" all'incirca pari di quello degli esiti "croce". Sappiamo anche che l'esito del singolo lancio non ci permetterà in alcun modo di prevedere l'esito di quello successivo.

Insomma da questo punto di vista il lancio di una moneta si dimostra essere veramente casuale. Eppure è e rimane pur sempre un evento il cui esito potrebbe essere perfettamente previsto se si conoscessero tutti i parametri fisici in gioco, come la direzione del lancio, la sua forza e via discorrendo.

Il fatto che il lancio di una moneta sia un evento al tempo stesso casuale e deterministico dimostra che la natura casuale dei suoi esiti non risiede nei fenomeni fisici che lo governano ma in qualcos'altro.

La spiegazione che ci fornisce la scienza in proposito è piuttosto semplice. Il pratica se nessuna delle condizioni da cui dipende il risultato di un evento si trova a favorire un esito piuttosto che un altro come avviene nel lancio di una moneta, è del tutto inevitabile ritrovarsi poi con esiti differenti che tendono ad equivalersi.

Si tratta di una spiegazione che ci appare del tutto legittima e sensata perché rispecchia direttamente la nostra esperienza del mondo. Il guaio è che la nostra esperienza del mondo è qualcosa che viene a posteriori, nel senso che deve essere considerata conseguente al funzionamento della natura e come tale non potrà essere posta a sua spiegazione.

Detto in altre parole a rendere inevitabile una distribuzione equivalente di esiti possibili in assenza di condizioni che ne favoriscano uno piuttosto che l'altro, non può essere la nostra abitudine a constatarlo, ma un vero e proprio fenomeno fisico che la scienza deve ancora individuare.

Mistero sull'origine della vita

L'origine della vita tra tutti i misteri dell'universo è quello che in un senso molto concreto ci tocca più da vicino, eppure probabilmente è quello verso il quale la scienza ha compiuto meno progressi, al punto che la sua soluzione sembra ancora piuttosto lontana.

Per comprendere quale sia l'ostacolo contro cui si sono arenati gli scienziati dobbiamo considerare la caratteristica principale della vita, perlomeno dal punto di vista fisico, quella cioè di poggiarsi su una struttura materiale incredibilmente complessa e costituita da un enorme numero di ingranaggi altamente sincronizzati tra loro.

Questo significa che nel momento in cui si voglia giustificare l'origine della vita non è più possibile invocare l'intervento del caso, non solo perché sia una nozione di per sé problematica, ma proprio perché viene a configurarsi come un'eventualità troppo inverosimile.

La soluzione di questo mistero non può comunque venire da argomenti statistici come quello che invoca l'enorme numero di pianeti che popolerebbero l'universo, ma deve necessariamente passare attraverso la scoperta dei meccanismi fisici che hanno condotto la materia ad assumere la struttura incredibilmente complessa che la caratterizza.

Mistero sull'evoluzione naturale

Le difficoltà che incontra la scienza nel momento in cui si occupa della vita non si limitano al mistero della sua origine ma coinvolgono un altro importante aspetto che la caratterizza, ovvero la capacità degli organismi viventi di evolversi.

Che la vita abbia in sé la capacità di evolversi è innegabile a giudicare dal grandissimo numero di specie viventi presenti sulla Terra, tutte altamente specializzate e ben adattate al loro ambiente.

Per quanto riguarda l'ipotesi alternativa che vuole sia stato Dio a manifestare direttamente in un unico atto della propria volontà tutta la diversità biologica che riscontriamo sul nostro pianeta, c'è da dire che costituisce un'ipotesi inaccettabile per la scienza dal momento che non solo non ingloba in sé alcun fenomeno fisico ma né esclude addirittura la presenza.

Ciò che la scienza sa sull'evoluzione lo deve in gran parte alla teoria elaborata da Charles Darwin alcuni secoli fa. Si tratta di una teoria che poggia su un impianto logico piuttosto solido, non per nulla è stata capaci di sopravvivere alle feroci critiche a cui è stata sottoposta già dal momento della sua divulgazione.

Secondo questa teoria a determinare l'evoluzione delle forme di vita sarebbero state una serie di piccole mutazioni successive, ciascuna delle quali può essere considerata sufficientemente semplice da potersi essere prodotta per caso.

Ciò che resta ancora un mistero sono i meccanismi fisici (e non biologici) alla base di queste mutazioni, e più in generale come sia possibile che le leggi fisiche che governano la materia organica siano in grado di prevedere al loro interno la presenza di funzionamenti anomali, quali dovrebbero essere considerati quelli responsabili delle mutazioni.

Mistero sulla vita psichica

Ultimo importante mistero che possiamo legare alla vita riguarda l'insieme delle percezioni che gli organismi viventi sono in grado di sperimentare durante l'arco della loro vita cosciente. Mi riferisco a ciò che può essere utilmente definito come vita psichica di ciascun essere vivente.

Il problema in questo caso deriva dal fatto che la stessa natura delle percezioni è qualcosa che trascende ogni possibile descrizione matematica e quindi rappresenta una qualità dell'esistenza che non potrà mai essere racchiusa in alcuna delle leggi fondamentali della fisica.

Con ciò intendo dire che a non consentire alcuna spiegazione di cosa siano le nostre percezioni non sono solo le quattro forze fondamentali della natura ma qualsiasi altra legge matematica si voglia decidere di introdurre.

D'altro canto neppure l'idea di attribuire direttamente le percezioni a una qualche non specificata proprietà emergente operante all'interno dei nostri cervelli è una strada facile da percorrere, dal momento che costituirebbe a sua volta una proprietà di difficile se non impossibile giustificazione.

Mistero sullo spazio tempo

Le nozioni intuitive di spazio come contenitore di "oggetti" e di tempo come orologio costituiscono tutt'oggi la base fondamentale attraverso la quale impostiamo la nostra descrizione del mondo al di fuori dell'ambito scientifico.

Si tratta di nozioni che la nostra mente sviluppa in modo naturale e che non a caso hanno fatto parte del patrimonio scientifico della fisica per un lungo arco di tempo, fino all'avvento della teoria della relatività ristretta di Einstein.

Il guaio è che queste nozioni non ci dicono realmente nulla di quale sia la vera natura del tempo e dello spazio, né ci è di alcun giovamento in proposito la possibilità di riuscire a misurarle con precisione sempre maggiore servendoci della tecnologia a nostra disposizione.

Come accennavo sopra questo stato di cose è stato mutato drasticamente dall'avvento della relatività ristretta, la quale ha portato all'introduzione della nozione di continuum spazio temporale a quattro dimensioni.

Secondo questa nozione l'universo possiede quattro dimensioni e quindi la sua reale natura risulta esserci preclusa a causa della tridimensionalità dei nostri sensi. Questo significa che il tempo e lo spazio che percepisce la nostra mente non esistono fisicamente ma sono solo suddivisioni arbitrarie che sviluppa il nostro cervello a fronte della sua inadeguatezza a rappresentare la reale natura quadridimensionale dell'universo.

Siamo così passati da una situazione in cui la trattazione scientifica del tempo e dello spazio si trovava a coincidere con le nostre nozioni intuitive, alla situazione opposta in cui ad esse è stato negato ogni possibile significato fisico.

Il problema è che questo passaggio non può essere considerato legittimo dal momento che non è accompagnato da alcuna spiegazione di come faccia il continuum spazio temporale a creare nella nostra mente nozioni di tempo e spazio che a noi sembrano perfettamente reali, concrete e funzionali.

Il motivo per il quale queste spiegazioni sono indispensabili è presto detta: le nostre percezioni sono in un senso molto concreto gli unici strumenti che ci permettono di conoscere il mondo, e questo ci impone ristretti margini di manovra nei loro confronti, nel senso che non possiamo in alcun modo mettere in discussione la loro esattezza ma possiamo soltanto elaborare sono una loro diversa interpretazione.

Il guaio è che l'introduzione del continuum spazio temporale a quattro dimensioni porta all'abolizione del tempo e dello spazio della nostra intuizione e quindi non si limita a cambiare l'interpretazione che ne abbiamo, ma di fatto la aboliscono.

Mistero sulla freccia nel tempo

In base alla nostra esperienza del mondo sappiamo che in natura ci sono degli eventi che sembrano avvenire in un'unica direzione: quella che noi identifichiamo come futuro.

Come abbiamo visto in precedenza molti di questi casi sono costituiti da eventi il cui sviluppo è legato al modo con cui le particelle coinvolte si evolvono nello spazio, e per essi invochiamo il concetto di irreversibilità.

Ci sono casi invece in cui questo non avviene, e a impedire a questi eventi di verificarsi nella direzione del passato sembra essere un vero e proprio impedimento della natura, come se la realtà fosse soggetta ad una freccia del tempo indirizzata esclusivamente verso il futuro. È il caso ad esempio delle onde elettromagnetiche da noi impiegate nella tecnologia delle telecomunicazioni.

È un fatto pacifico e noto a tutti che se accendiamo la televisione ci troviamo necessariamente ad assistere a qualcosa che si è già verificato, o che al limite si sta verificando in tempo reale. Nessuno, infatti, è mai stato in grado di assistere attraverso la televisione ad eventi che dovevano ancora verificarsi, eppure stando alla descrizione matematica delle onde elettromagnetiche, queste dovrebbero propagarsi dal futuro verso il passato tanto quanto sono in grado di farlo dal passato verso il futuro.

È interessante constatare come il mistero della freccia del tempo venga ad amplificarsi in modo inquietante nel momento in cui facciamo riferimento al continuum spazio temporale introdotto da Einstein.

Quello che succede è che nel momento in cui diamo credito a questo continuum quadridimensionale, dobbiamo anche accettare che il passato, il presente e il futuro convivano tutti come parte di un'unica realtà, e questo significa in un senso molto concreto che tra il passato e il futuro non c'è alcuna sostanziale differenza.

Alla luce di questa conclusione appare del tutto inaccettabile che vi siano fenomeni fisici in grado di avvenire nella direzione dell'uno e non in quella dell'altro.

Mistero sulla forza di gravità

Apparentemente lo spazio e il tempo non hanno nulla a che fare con la forza di gravità, dal momento che questa descrive il moto delle galassie, delle stelle e dei pianeti, nonché degli oggetti presenti sulla Terra, mentre non ci dice nulla sulla reale struttura dell'universo. Eppure come ha dimostrato Einstein gli effetti della gravità possono essere utilmente ricondotti a opportune deformazioni della struttura dello spazio tempo dell'universo.

In quest'ottica l'attrazione gravitazionale non risulta essere un vero e proprio fenomeno fisico quanto piuttosto una deformazione geometrica del continuum spazio temporale a quattro dimensioni introdotto dallo stesso Einstein.

Detto in termini più espliciti: a far girare la Terra attorno al Sole, o a far cadere al suolo una mela che si stacca da un albero non è l'azione di una forza invisibile e istantanea come credeva Newton, ma le caratteristiche geometriche dell'universo, le quali impediscono qualsiasi altro tipo di movimento se non quello che effettivamente osserviamo.

Il problema anche in questo caso deriva dalla nozione di continuum spazio temporale a quattro dimensioni, che continua ad essere illecita sul piano scientifico.

Mistero sull'incompatibilità tra meccanica quantistica e teoria della relatività generale

La teoria della relatività generale attraverso la quale Einstein ha espresso la gravità in termini di deformazione spazio temporale ha avuto moltissime conferme sperimentali, acquisendo una notevole solidità.

Un discorso analogo può essere fatto per la meccanica quantistica, che pur non permettendo un'interpretazione fisica soddisfacente degli eventi microscopici, fornisce una descrizione matematica che risulta essere continuamente e puntualmente confermata in ogni esperimento.

Il problema è che queste due solide teorie danno una descrizione differente e incompatibile della gravità, e quindi apparentemente non possono essere entrambe corrette.

L'origine di questa incompatibilità diviene evidente quando ci riferiamo alla descrizione quantistica della gravità, e quindi nel momento in cui attribuiamo le deformazioni del continuum spazio temporali all'azione di specifiche particelle denominate gravitoni.

Il guaio è che questi gravitoni, in quanto particelle, risultano inevitabilmente soggetti all'indeterminazione di Heisenberg, e questo significa che la forza gravitazionale non potrà assumere valori infinitamente precisi.

Tutto questo purtroppo si traduce con un'irregolarità che risulta essere incompatibile con le richieste che la stessa gravità è chiamata a possedere all'interno della visione classica elaborata da Einstein.

Mistero sulla singolarità gravitazionali

La forza gravitazionale pone la scienza di fronte ad un altro problema piuttosto delicato, costituito dal verificarsi di quella che in letteratura scientifica è conosciuta come singolarità gravitazionale.

Per comprendere cosa sia una singolarità gravitazionale bisogna partire dal lavoro di Roger Penrose. In pratica Penrose ha dimostrato che se la densità di materia supera una certa soglia, così come è sicuramente avvenuto nel momento del Big Bang, la forza gravitazionale finisce inevitabilmente per soverchiare per intensità tutte le altre forze fondamentali della natura.

Poiché la forza gravitazionale ha natura attrattiva, una situazione come quella descritta da Penrose porta inevitabilmente tutte le strutture materiali a compattarsi in un morsa inesorabile, destinata a distruggere ogni tipo di struttura, fino a far collassare tutta la materia in un unico punto.

Il guaio è che quando parliamo di un punto ci riferiamo a un qualcosa privo di dimensioni, e quindi ci ritroveremo con un universo confinato in una condizione senza né spazio né tempo, nella quale nessuna legge fisica può essere applicata.

Il problema è che secondo le attuali conoscenze scientifiche una simile situazione di singolarità gravitazionale ha sicuramente caratterizzato il nostro universo nel momento della sua creazione, e dunque la scienza si ritrova a dover spiegare come l'universo sia riuscito a passare da una condizione al di fuori di qualsiasi legge fisica a quella che invece possiamo attualmente osservare.



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