Fisica

Consigli di lettura per un approccio agli appassionanti problemi della fisica contemporanea

Brian Greene

L'universo elegante. Superstinghe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria ultima

Einaudi

Sulle due fondamentali teorie della fisica contemporanea, la relatività (ristretta e generale) e la meccanica quantistica, non è questo il libro più completo attualmente in commercio, ma lo indico per primo perché costituisce un approccio ideale, di primo livello, ad entrambe. I primi capitoli - un quadro generale sulla fisica contemporanea, le sue linee di ricerca, i suoi problemi, le due teorie in gioco con i loro “paradossi” e, infine, la difficoltà di conciliarle nella prospettiva di una teoria unificata - sono veramente chiari, ricchi di esemplificazioni indovinate e precise. Un’ottima divulgazione. Se poi interessa la teoria delle superstringhe (tutto il seguito del volume, già più complicato, per la cui comprensione è stata necessaria l’introduzione precedente) si tratta del “libro", veramente eccellente. Io lo consiglio soprattutto per la prima parte, la lettura è veramente piacevole, e poste le basi si può passare ad ulteriori approfondimenti.

Un altro testo dal quale partire può essere:

Fabrizio Coppola

Il segreto dell'universo. Mente e materia nella scienza del terzo millennio

Edizioni L'Età dell'Acquario

Molto chiaro nelle spiegazioni, di carattere assai basilare, trae conclusioni un po' affrettate - comunque ipotetiche - circa il "campo unificato", la natura della mente, la meditazione trascendentale, ecc. Non si sofferma criticamente sulle varie interpretazioni della meccanica quantistica, ma accetta l'idea della necessaria introduzione del "mentale" in natura anche per ragioni filosofiche. Il problema della "riduzione" o "collasso" della funzione d'onda nel passaggio dal quantistico al classico non viene approfondito. Interessanti le sintesi storiche, sia del pensiero scientifico che filosofico. Si tratta comunque di un libro onesto, alquanto adatto per chi non sa nulla e si accosta per la prima volta a questi argomenti.

Uno dei capitoli sulla fisica quantistica è disponibile online alla pagina:

http://www.ipotesi.net/ipotesi/perche.htm

Per ciò che riguarda il libro si veda:

www.segreto.net/

Contenuto (da www.ibs.it)

Le scoperte della scienza sembrano in contrasto con la visione tradizionale insegnata dalla religione. Ne consegue una "doppia verità" che indebolisce le basi della nostra cultura. Ma il modello materialistico su cui è nata la scienza ha recentemente mostrato il suo limite di validità: infatti ai livelli subatomici gli scienziati devono fare i conti con leggi strane e inaspettate, e la materia si rivela essere una forma di energia in vibrazione nella struttura dello spazio-tempo. Da ciò scaturisce una nuova visione dell'universo basata su campi d'informazione, in cui la spiegazione della vera natura dell'intelligenza umana può trovare una naturale collocazione.

Roger Penrose

La mente nuova dell'imperatore.

Bur

Un grande insostituibile classico, ha fatto storia... Oltre che di relatività einsteiniana e di fisica quantistica (con i suoi paradossi), tratta del legame tra le spiegazioni sui “massimi sistemi” (origine e sviluppo del cosmo, entropia e informazione nell’universo, buchi neri, ecc.) e la mente umana deputata a fornirle. Il filo rosso conduttore è infatti il rapporto tra mente umana e intelligenza artificiale. Potrà l’uomo costruire macchine intelligenti, dotate di autentica comprensione, semplicemente implementando le attuali procedure di elaborazione informatica, ampliando la potenza e la velocità di calcolo di una macchina di Turing (un generico calcolatore "universale")? Il libro affronta quindi anche temi generali di matematica, logica (teorema di Gödel) e psicologia (le procedure mentali sono computabili?). In breve, una specie di summa dettagliata su tutto... F. Tipler, docente di fisica matematica alla Tulane University della Louisiana (vedi infra) pur sostenendo la computabilità del pensiero (conclusione opposta a quella di Penrose), ammette che questo libro è (stato anche per lui) fondamentale per apprendere alcuni "fondamentali". Per molto tempo introvabile, finalmente ripubblicato in economica dalla Bur nel 2000.

Fornisco altre recensioni trovate in rete (su IBS, BOL ecc.)

Gabriele Martufi (19-11-2005)
Questo libro rappresenta lo stato dell'arte della divulgazione scientifica e solo un GRANDE fisico-matematico come Roger Penrose poteva concepirlo! Il tema del libro è l'intelligenza artificiale (IA) e la problematica mente/computer: la mente umana può essere considerata (in ultima sintesi) un computer sofisticatissimo basato su algoritmi, un “sistema” computabile e riproducibile? Al contrario i computer e in particolare l'IA riuscirà un giorno a "simulare" completamente la mente umana ivi compresa la coscienza e i sentimenti? Per rispondere a queste delicate tematiche, alle quali Penrose risponde di NO, procede per gradi, introducendo il lettore, con maestria, descrivendo senza banalizzare le teorie più accreditate che “cercano” di interpretare il mondo “reale”, teorie apparentemente molto distanti dal tema principale del libro (l'IA appunto) ma che al contrario sono ben amalgamate e diventano un percorso necessario per lo studio del funzionamento della mente umana e delle leggi fisiche che la “governano”. Il libro pone anche importanti interrogativi e temi di riflessione sulle teorie fisiche, tanto che il lettore che si avvicina per la prima volta ad esse potrebbe essere indotto a pensare e condividere il pensiero estroverso di Bertrand Russell: “La matematica è una scienza nella quale non si sa di cosa si parla e non si sa se le affermazioni che vi si fanno sono vere o false” e in casi estremi a condividere il pensiero di Alfred North Whitehead “Regola sicura: quando un matematico o un filosofo scrivono cose nebbiosamente profonde, enunciano delle assurdità!”. Penrose “semplicemente” evidenzia, coscientemente, i limiti oggettivi di tali teorie con interessanti “esperimenti mentali” e (apparenti) paradossi convincenti che accreditano i limiti “qualitativi” delle teorie stesse, l’Autore si spinge oltre sostenendo che attualmente non abbiamo le conoscenze fisiche (ovvero la “fisica”) per descrivere il funzionamento della mente infatti sembra mancare “qualcosa”…! In sintesi: un libro straordinario! Leggetelo!
Voto: 5 / 5

Anonimo 4-feb-2001
Neoplatonico ma modernissimo
Personalmente non condivido la posizione platonica che crede nell' esistenza di idee eterne ed immutabili, esterne alla nostra mente. Questa e' la posizione di Penrose. Eppure sono rimasto affascinato da questo libro, per la sua profondita', ampiezza di visione ed originalita'. L'argomento coperto e' all' intersezione tra fisica, matematica e filosofia, un campo in cui e' fin troppo facile rinunciare al rigore ed all'approfondimento. Ma Penrose non commette questo errore. La lettura non e' agevolissima per chi si spaventa di fronte a qualche equazione, peraltro non indispensabile a seguire il filo del ragionamento. Ben pochi potranno dire di non avere imparato o capito qualcosa di profondo nelle ore dedicate a leggere e meditare questo testo.

Roger Penrose

Ombre della mente. Alla ricerca della coscienza

Rizzoli

Interessanti le considerazioni neurofisiologiche nella seconda parte del volume (la prima parte è dedicata alla controversa dimostrazione di Penrose, su base "goedeliana", della non computabilità del mentale), dove si prende in considerazione per es. anche la prospettiva interazionista mente-corpo sostenuta da Eccles insieme a Popper. Penrose ne prende le distanze e propone invece una nuova ipotesi, secondo la quale potrebbero esser possibili entanglements quantistici nel cervello (cfr. http://www.quantumconsciousness.org/), precisamente al livello presinaptico dei microtubuli, consentendo ampliamenti in senso quantistico e non computazionale delle operazioni cerebrali (secondo una fisica ancora tutta da vedere, giacché non abbiamo ancora le idee chiare su ciò che provoca il collasso della sovrapposizione quantistica).

Contenuto (da www.bol.it)
"Nel cervello succedono cose che un computer non può fare." Da questa semplice constatazione Roger Penrose prende le mosse per comporre il mosaico di un'indagine a cavallo tra scienza e filosofia, il cui oggetto è: esiste la coscienza? Cosa significa pensare? La fisica che conosciamo basta a spiegare il funzionamento della nostra mente? E se è vero che pensare significa essere, cosa ci rende umani?

Roger Penrose

Il grande il piccolo e la mente umana

Raffaello Cortina Editore

Un testo molto più agile dei precedenti, solo 202 pagine. Una specie di sintesi condensata del Penrose-pensiero. Alla fine ci sono anche gli interventi (con le successive controrepliche di Penrose) di:

Abner Shimony, fisico-filosofo di Boston, che tenta un'interessantissima messa a punto filosofica tra le idee di Penrose e una versione aggiornata della filosofia di Whitehead "seconda maniera" (sì, proprio lui, il grande matematico, coautore insieme a B. Russel dei "Principia Mathematica", filosofo purtroppo praticamente sconosciuto al pubblico italiano);

Nancy Cartwright, brillante epistemologa del Regno Unito;

Stephen Hawking, il famoso fisico di Cambridge.

Roger Penrose

La strada che porta alla realtà. Le leggi fondamentali dell'universo

Rizzoli - Bur (2005)

E' un libro di ben 1113 pagine più 18 di prefazione! Un'opera monumentale, una vera e propria "summa". Confesso d'aver letto integralmente solo i primi tre-quattro capitoli, poi sono andato a cercarmi ciò che mi interessava qui e là. In pratica per ora l'ho solo guardicchiato. Comunque mi sembra assolutamente ben costruito e per completezza è anche meglio di La mente nuova dell'imperatore, di cui può assolutamente prendere il posto (e ritengo fosse proprio nelle intenzioni di Penrose). Naturalmente il problema è non annegarci dentro. Invece di partire da un tema particolare (come il rapporto mente-intelligenza artificiale) qui si parte proprio dai fondamenti: le origini della matematica, la geometria greca, il teorema di Pitagora ecc. Pian piano si costruisce la grande piramide delle conoscenze che dovrebbe consentirci di affrontare gli argomenti più impegnativi. Il bello di Penrose è che ci fa toccare sin da subito, nella spiegazione del semplice, le vertiginose e intriganti altezze del complesso. (Questo è anche il segreto del grande didatta che sa che nulla si impara senza passione). Gli schemini di Penrose sulle relazioni reciprocamente autoinclusive dei tre mondi di popperiana memoria ("fisico, mentale, platonico") sono sempre divertenti, e questa volta appaiono sin dalle prime pagine del libro stimolando il lettore ad inquadrare il tutto in una prospettiva di ampio respiro.

Un'intervista a Penrose:

http://www2.polito.it/didattica/polymath/htmlS/Interventi/Articoli/Penrose/Penrose.htm

David Deutsch

La trama della realtà

Einaudi

Bellissimo, per me cruciale nel suo tentativo di sintesi filosofico-epistemologica. In fisica quantistica sostiene con radicalità l'interpretazione dei molti-mondi (o multiverso). L'autore è uno dei fondatori della computazione quantistica. Interessantissimi, anche nelle loro relazioni interne, i capitoli sulla realtà virtuale, l'importanza della vita e il tempo come concetto quantistico. Con un po' (o un bel po') di aggiustature, mi piacerebbe esplicitare tante idee qui racchiuse nei termini di un hegelismo aggiornato. L'ultimo capitolo espone sinteticamente la teoria del punto omega di F. Tipler (cfr. infra) sottolineandone l'importanza di principio, nonostante le tendenziali esagerazioni. L'autore in filosofia matematica prende posizione contro l'intuizionismo.

Il sito dell'autore:

http://www.qubit.org/people/david/

Contenuto (da www.bol.it)

La scienza moderna potrà mai giungere a una teoria unitaria che spieghi ogni aspetto della realtà? Sì, arguisce Deutsch, ma si tratterà di una teoria ben diversa da quella che gli scienziati attualmente immaginano: dobbiamo abbandonare l'idea della "teoria del tutto" - l'unificazione vagheggiata dalla fisica - e in generale ogni ipotesi riduzionistica o meccanicistica. Esistono già quattro teorie fondamentali che possono costituire i quattro "fili" della trama della realtà: la meccanica quantistica, la teoria dell'evoluzione, la teoria dell'universalità della computazione e l'epistemologia popperiana. Si tratta, a questo punto, di considerarle tutte insieme come vere spiegazioni e non come semplici strumenti di lavoro. Accettandone anche le affermazioni più controintuitive - come il fatto che esistono infiniti universi paralleli, che nulla vieta i viaggi nel tempo, o che la realtà a cui abbiamo accesso è, tecnicamente, solo "virtuale" - possiamo giungere a una concezione unitaria fondamentalmente ottimistica, razionale e basata sul realismo, punto di partenza per nuove idee per le più impreviste aperture della nostra conoscenza.

Indice
La teoria del tutto
Ombre
Il problem-solving
Criteri di realtà
La realtà virtuale
L'universalità e i limiti della computazione
Sulla giustificazione (ovvero: David e il criptoinduttivista)
L'importanza della vita
I calcolatori quantistici
La natura della matematica
Il tempo, il concetto quantistico fondamentale
Viaggi nel tempo
I quattro fili della trama della realtà
La fine dell'universo

Frank J. Tipler

La fisica dell’immortalità. Dio, la cosmologia e la resurrezione dei morti

Mondadori

Meglio di qualsiasi romanzo di fantascienza, altissimo volo pindarico dell'immaginazione umana, espone un'ipotetica teoria fisica, la teoria del punto omega (da Theilard de Chardin, in pratica Dio alla fine dei tempi) secondo la quale tutto è destinato a divenire Dio attraverso un governo "tecnologico" - da parte della vita sparsa nel cosmo - del collasso dell'universo, gestione che nella singolarità finale darebbe luogo necessariamente alle migliori predizioni escatologiche delle religioni tradizionali: resurrezione, paradiso, implementazione delle nostre qualità personali, pienezza di vita, pluralità sconfinata di ambienti e situazioni meravigliose, fruizione illimitatata di gioia, bellezza, ecc. Ma è un testo da leggere con estrema attenzione, in certi passi tutt'altro che facile. Si tratta, a tutti gli effetti, di una vera e propria teoria scientifica da sottoporre a verifica sperimentale e precise condizioni (una di queste sarebbe, per esempio il big crunch dell’universo). Nonostante gli eccessi e la stravaganza (e forse anche una certa ingenuità epistemologica), questo libro è stato per me un’iniziazione. La teologia per l'autore diverrebbe parte della fisica. Non è tanto il contenuto, quanto il modo in cui l'autore lo raggiunge, che colpisce! Interessanti anche le frequenti analogie tra concetti teologici e filosofici della tradizione medievale e quelli delle scienze più recenti (per es. intelletto agente-algoritmi in CPU, intelletto possibile-programmi in RAM, Spirito Santo-funzione d'onda dell'universo, ecc.). Un librone di più di 500 pagine, tra cui un'appendice dove l'autore formalizza matematicamente molti aspetti della teoria, una chicca per soli addetti ai lavori... L'autore è noto per aver pubblicato anche, insieme a J.D. Barrow, Il principio antropico, Adelphi.

Gian Carlo Ghirardi

Un'occhiata alle carte di Dio
Il Saggiatore

Quando questo libro uscì, nel 1997, la rivista Le Scienze gli dedicò, se ben ricordo, la bellezza di ben sei recensioni. Riporto qui una recensione di:

Emanuele Vinassa de Regny,

tratta da "L'Indice", n.10 1997

(cfr. www.lucevirtuale.net/biblioteca/libri_recensiti/ghirardi.html)

Dare "un'occhiata alle carte di Dio" credo piacerebbe a tutti, anche per scopi più prosaici di quelli che si proponeva Einstein (a cui si deve la citazione) e di quelli che si propone Gian Carlo Ghirardi, ordinario di fisica teorica all'Università di Trieste e una delle massime autorità in tema di fondamenti della meccanica quantistica, oltre che attivo ed efficace divulgatore.
Secondo Einstein, un'occhiata alle carte di Dio avrebbe potuto servire a chiarire perché la meccanica quantistica, che funziona così bene nello spiegare il funzionamento della natura a livello microscopico, nella sua forma per così dire "tradizionale" poggi su principi assai difficili da capire e da interpretare, per certi versi addirittura assurdi e in netto contrasto con il funzionamento della natura a livello macroscopico.
Einstein era convinto che nella formulazione tradizionale della meccanica quantistica - quella nota come "interpretazione di Copenaghen" e sviluppata soprattutto da Niels Bohr e Werner Heisenberg - ci doveva essere qualcosa di profondamente sbagliato. Come Einstein la pensavano parecchi fisici famosi, tra i quali perfino lo stesso co-fondatore della meccanica quantistica, Erwin Schrödinger, ma anche filosofi come Karl Popper: tutti assai critici, anche se i motivi di dissenso non erano sempre gli stessi.
Le due grandi teorie della fisica moderna - la relatività e la meccanica quantistica - sono piuttosto complesse e richiedono trattazioni matematiche molto difficili. Ma, mentre i principi della relatività sono in linea di massima comprensibili anche al profano e "divulgabili" con relativa facilità, i principi della meccanica quantistica appaiono incomprensibili, addirittura assurdi.
Difficile da capire è il cosiddetto "principio di sovrapposizione", ovvero il fatto che un oggetto quantistico, per esempio un atomo, si trovi sempre "in più di uno stato": solo quando si va a osservarlo (a misurarlo) l'oggetto si stabilizza in uno solo degli stati possibili. Riportato alla scala macroscopica, questo principio conduce direttamente al famoso paradosso del "gatto di Schrödinger", un gatto chiuso in una scatola che è contemporaneamente vivo e morto: si saprà se è vivo o morto solo aprendo la scatola (e tornerà vivo e morto quando la scatola viene richiusa). Dato che anche un gatto è costituito da innumerevoli oggetti quantistici, il paradosso sta in piedi perché non si riesce a sapere quando avviene il passaggio dal microscopico al macroscopico. Anzi, dato che la meccanica quantistica funziona così bene a livello microscopico - il livello fondamentale -, si potrebbe addirittura pensare che sia la meccanica classica a essere assurda.
Difficile da spiegare è anche il fatto - dimostrato sperimentalmente - che gli oggetti quantistici (fotoni e particelle elementari) comunichino tra loro istantaneamente, "sappiano" cioè in ogni istante l'uno quello che sta facendo l'altro (dov'è, in che stato si trova, ecc.).
Queste e altre caratteristiche della meccanica quantistica provocarono accese discussioni che, dagli anni venti, si trascinano ancor oggi.
L'interpretazione di Copenaghen, grosso modo basata sul principio di indeterminazione di Heisenberg (l'impossibilità di misurare contemporaneamente con precisione coppie di grandezze collegate tra loro, per esempio velocità e posizione) e sul principio di complementarità di Bohr (ogni oggetto quantistico è onda - non localizzata - e particella - localizzata), sembrava troppo dogmatica e insoddisfacente. A questa interpretazione furono proposte varie alternative (la più famosa è dovuta a David J. Bohm), ma la versione "ortodossa" continua a esercitare il suo predominio. Anzi, a partire dagli anni ottanta, quando si sono potuti eseguire molti degli esperimenti ideali che erano stati proposti per falsificarla, l'interpretazione di Copenaghen ha avuto soltanto conferme: perfino il gatto di Schrödinger è risultato (a scala microscopica, s'intende) davvero vivo e morto!
Questi risultati (ottenuti negli ultimi anni) non hanno però risolto il problema e le discussioni si sono spostate sul "quando" e sul "perché" avviene il passaggio tra microscopico e macroscopico. Alcuni ricercatori sono riusciti a osservare il passaggio progressivo dal comportamento quantistico al comportamento classico, ma la questione è tutt'altro che chiusa. Una possibile spiegazione è quella formulata già nel 1986 dallo stesso autore di questo libro, assieme ai colleghi Alberto Rimini e Tullio Weber: la teoria GRW. Secondo questa teoria, col passare del tempo, l'onda che accompagna ogni particella si espande e può urtare "qualcosa" che la fa localizzare; se per una particella singola questo evento è molto improbabile, per un gatto la sua probabilità è altissima. Un'altra tesi abbastanza affascinante è quella della cosiddetta "decoerenza" che si basa sull'ipotesi che l'ambiente distrugga la coerenza quantistica: il solito gatto, costituito da un enorme numero di particelle, non può "di per sé" essere coerente. Ma gli esperimenti e le discussioni continuano.
Ghirardi si è assunto l'ingrato compito di spiegare in maniera il più possibile semplice e piana la meccanica quantistica, i suoi principi e la loro evoluzione, ma anche tutte queste strane cose. Credo sia la prima volta che un autore italiano realizza un testo così ricco su questo argomento, non una semplice esposizione della teoria ma un'accurata analisi degli esperimenti e delle accese discussioni scientifiche e filosofiche che ne sono seguite. Il libro parte dalla nascita della teoria quantistica, di cui segue l'evolversi e di cui esamina i punti principali, in particolare l'indeterminismo e il principio di sovrapposizione. Segue un'indagine sull'interpretazione della teoria sia da parte delle varie correnti filosofiche (idealismo, realismo, ecc.), sia da parte dei protagonisti, a favore (Bohr, Heisenberg, Born, Jordan, Pauli) e contro (de Broglie, Schrödinger, Einstein). Dopo l'esposizione del dibattito tra Bohr e Einstein, Ghirardi passa a esaminare i pro e i contro delle varie proposte di modifica dell'interpretazione "ortodossa", nonché i nuovi dati sperimentali a cui si è accennato più sopra.
Ogni argomento è discusso attraverso la descrizione di vari esperimenti, descrizione arricchita da semplici schemi illustrativi e in cui le sempre terribili formule sono ridotte davvero al minimo; quando è proprio indispensabile, l'autore ricorre a qualche appendice più tecnica.
Un'esposizione chiara e abbastanza semplice (naturalmente nei limiti in cui può essere "semplice" parlare di meccanica quantistica), ricca di dati e citazioni, ma anche di notizie e storielle curiose. Insomma, non un libro di testo (anche se potrà essere utilissimo agli studenti, e non solo di fisica, ma anche ai docenti): un libro di alta divulgazione - inusuale nel panorama italiano - che costituisce un buon esempio di quello che dovrebbe essere la "vera" divulgazione e che è più che benvenuto in un periodo in cui la pseudodivulgazione a scopo di lucro ingolfa edicole, librerie e programmi televisivi, con l'unico risultato di far finalmente diventare tutti analfabeti scientifici, magari di ritorno.
Naturalmente non è un testo che si legge d'un fiato. E certo neppure elimina del tutto gli interrogativi che la meccanica quantistica porta con sé e che la scienza moderna pone all'uomo, interrogativi che, con molta probabilità, non sarà peraltro mai facile eliminare del tutto perché - come ricorda Lewis Wolpert nel suo La natura innaturale della scienza (Dedalo, 1996; cfr. "L'Indice", 1996, n.6) - il ruolo della scienza "non consiste semplicemente nello spiegare il 'non familiare' nei termini di ciò che è familiare. Al contrario: "la scienza spesso spiega il familiare nei termini del non familiare".

Links vari di scienza, epistemologia, problema mente-corpo, coscienza, ecc.:

http://www.edge.org/

http://www.quantumconsciousness.org/

http://www.qubit.org/

http://consc.net/chalmers/

http://consciousness.anu.edu.au/

http://aca.mq.edu.au/PaulDavies/pdavies.html

http://www.platonia.com/index.html

http://www.math.tulane.edu/~tipler/

http://www.santafe.edu/

http://www.santafe.edu/sfi/People/kauffman/

http://www.santafe.edu/~mgm/

Vedi anche:

Passato e verità

Che cosa significa pensare

di E. Severino