Fisica quantistica e filosofia
Vb ls - IIS MAZZATINTI Gubbio - a.s. 2015-16
Il confronto con la FISICA QUANTISTICA ha posto notevoli difficoltà alla FILOSOFIA occidentale; tali difficoltà erano dovute alla sconcertante fenomenologia del mondo ("microscopico") atomico venuto alla luce ai primi del ‘900.
Possiamo semplificare le difficoltà poste dalla nuova fisica alla filosofia occidentale mettendo in evidenza le parole del fisico statunitense Feynman che in un’opera divulgativa sulla fisica quantistica (QED. La strana teoria della luce e della materia; 1985) per far capire la duplice natura dell’elettrone disse avremmo dovuto chiamarla “partonda” visto che queste “particelle” si comportano anche come “onda”. Questo mise in difficoltà la nostra logica occidentale basata fin dall’antichità sul principio di “identità” e di “non contradizzione”.
Tale rivoluzione per prima cosa portò ad un dibattito interno alla stessa comunità dei fisici con Niels Bohr e coloro che seguirono l'interpretazione della "scuola di Copenhagen" convinti che la descrizione probabilistica fosse proprio un caratteristica ineliminabile della realtà, ovvero il suo carattere ONTOLOGICO, descritto dai nuovi risultati scientifici. Posizione esemplificata dal principio di indeterminazione di Heisenberg (1927) e dal "principio di complementarietà" dove occorre conservare "la coordinazione spazio-temporale" e "le leggi di conservazione dinamiche", vale a dire la localizzazione e la determinazione causale, come aspetti necessari e tuttavia reciprocamente esclusivi della considerazione fisica.
Il Mandala con lo Jing e lo Jang al centro fu scelto da Bohr per indicare la difficoltà della filosofia occidentale, con alla base il principio di identità e poi di non contraddizione, a dar conto della realtà quantistica.
Sopra il simbolo il motto “contraria sunt complementa”. Immagine presa da: http://www.numericana.com/arms/bohr1.gif
A questa “corrente” se ne oppone una con a capo Einstein e chi, come lui, era convinto che tale "principio"fosse una tappa verso una comprensione deterministica dei fenomeni atomici ovvero che non si dovesse porre per principio l'impossibilità di arrivare ad una determinazione dei processi fisici.
Ovvero che che la natura "probabilistica" è in realtà una conseguenza EPISTEMOLOGICA, dovuta ad una teoria non completa. Per Einstein, per di più, l’incompletezza era dovuta alla sua mancanza di un oggetto reale (“realismo einsteniano”) al fondo dei risultati.
Questo punto di partenza è stato ripercorso con un’attività laboratoriale nel laboratorio di fisica dell’Istituto dai ragazzi stessi: hanno riproposto l'esperimento delle "due fessure" e la dimostrazione della quantizzazione dell'energia.
Nel contempo si è proposto con Francesco l’evolversi delle teorie scientifiche a riguardo del nucleo atomico per mettere in evidenza l’essenza di attività umana esposta all’errore ma mossa dalla ricerca di una oggettività costantemente da definire. scrive Francesco: <
Il modello atomico oggi riconosciuto è l'ultima tappa di una serie di ipotesi che sono state avanzate nel tempo, composto da un nucleo, con cariche positive e neutre, e da cariche negative (elettroni) che girano attorno in degli orbitali dove è impossibile determinare la traiettoria.>>
Assieme al passaggio dall’indivisibile al divisibile, dunque avvenne anche quello dall’orbita degli elettroni che ruotano sul nucleo, come dei pianeti attorno al sole, all’orbitale, una “nuvola elettronica” dove la posizione è solo probabile. Inoltre un altro dato era emerso con forza, il fatto che l’energia viaggia a “pacchetti”, per questo i nostri ragazzi hanno anche realizzato l’esperimento di Frank Hertz che lo dimostra.
Camilla si è occupata del confronto tra fisica e filosofia, raccontato da Heisenberg, tra un gruppo di scienziati quantistici e la scuola neokantiana tedesca: “MECCANICA QUANTISTICA E FILOSOFIA NEOKANTIANA ("Meccanica quantistica e filosofia kantiana (1930-34)"; in Werner Heisenberg, "Fisica e oltre", pp. 138-146; Bollati Boringhieri, 2008).“ Il capitolo si apre con una discussione tra Grete Hermann, appartenente al circolo di Nelson e sostenitrice delle idee neokantiane, Carl Friedrich von Walzsacker e Werner Heisenberg, appartenenti al circolo di Lipsia e sostenitore delle nuove teoria della meccanica quantistica.
Il dialogo prosegue con la Hermann che cerca di convincere gli altri due che esista una legge causale e che senza di essa la scienza non può esistere, ma i due ribattono dicendo che in questa nuova scienza, che studia le particelle, la causa non è sempre esistente e che l'a priopri kantiano viene relativizzato perchè i tempi e le esigenze sono cambiate, di conseguenza anche la scienza si deve evolvere.” Infine la discussione cade sul “Ding an sich”, la conferma del limite trovato per la Hermann, l’essenza nuova della realtà per Von Walzsacker.
Le difficoltà aperte dal punto di vista scientifico dalle nuove prospettive sono state analizzate da Klarens ripercorrendo ciò che Heisenberg racconta delle nuove e sconvolgenti “realtà” in campo fisico ad inizio ‘900 (Heisenberg; "Nuovi Campi"; in Werner Heisenberg, "Fisica e oltre", Bollati Boringhieri, 2008.) . Klarens puntualizza dopo aver analizzato il capitolo “Nuovi campi”: “ La nuova teoria dell'atomo di Schrodinger, che introduceva il dualismo tra onda e corpuscolo applicabile anche alla materia, come onde paragonabili a quelle elettromagnetiche o a quelle sonore. Tale teoria doveva, ma non riusciva a spiegare la legge delle radiazioni di Plank, sperimentalmente, questo problema fu risolto sia da Heisenberg, che trovò la formula per calcolare, approssimativamente, posizione e velocità degli elettroni, tramite il "principio di indeterminazione" della meccanica quantistica, sia da Bohr che si basò sul "principio di complementarietà" per rivelare questo fenomeno con chiarezza. I due "principi" presentarono due interpretazioni senza sostanziali differenze. Uno dei maggiori oppositori al principio di indeterminazione,però, fu proprio Einstein (“Dio non gioca a Dadi”), che non volle concepire il fatto che, su scala atomica, non esisteva più un mondo oggettivo di spazio e tempo, bensì un mondo di possibilità (Ehrenfest, contrario a questo atteggiamento, concluse dicendogli: “stai attaccando la teoria dei quanti come attaccarono la teoria della relatività”).
Bianca analizza, invece la prospettiva aperta dal Prof. Meinard Kuhlmann su “Cosa è reale” (Le Scienze, ottobre 2013, pp.42-49) e sostiene che “I fisici descrivono l’universo come composto da particelle che si attraggono e si respingono per mezzo di campi di forze. Questo ambito di studi è chiamato fisica delle particelle. La teoria quantistica dei campi è la più valida del mondo subatomico, eppure non siamo neppure sicuri di cosa dica la sua ontologia. Le sue entità base, particelle e campi, spesso tendono a confondersi, perciò alcuni fisici e filosofi hanno ipotizzato che i costituenti basilari della realtà siano entità intangibili come relazioni e proprietà. Perciò, essendo la fisica priva di un trattamento coerente delle questioni fondamentali, per acquisire un quadro completo del mondo fisico occorre mettere insieme fisica e filosofia, in quanto la metafisica può fornire modelli per l’ontologia del mondo materiale.”
Concludiamo sottolineando come la scelta dell’utilizzo dell’esperienze laboratoriali è rivolta, nel nostro piccolo, a mostrare alcune delle caratteristiche del metodo scientifico: l’aspetto razionale, la sua matematizzazione e il controllo empirico intersoggettivo, reso possibile grazie anche agli strumenti tecnologici avanzati presenti nel nostro laboratorio.
Foto, filmati e montaggio sono stati realizzati in autonomia dai ragazzi con i propri strumenti.
Grazie a a Pietro, Daniele, Nicola, Klarens, Edoardo, Agnese, Chiara, Tommaso, Gian Luca, Camilla, Elena, Giordano, Francesco, Dennis, Eleonora, Bianca, Riccardo e Claudia. Grazie anche che ci avete dato la possibilità di insegnare... Stefano, Francesco e Gabriele.
