Filosofia, chimica e fisica

  La fisica intesa come scienza della natura o, meglio, come filosofia della natura, fa parte della cultura di tutte le civiltà e l’uomo, attraverso l’os-servazione empirica degli eventi, ha sempre cercato di dare risposte all’infinitamente grande e all’infinita-mente piccolo.

 Se il XV secolo è caratterizzato dall’approccio sistematico per l’osservazione dei fenomeni (L. da Vinci), è sicuramente due secoli dopo, con l’introduzione del metodo scientifico (G. Galilei), che è possibile lo studio metodico della natura attraverso il legame indissolubile tra esperimento e ragione.

  Sempre nel XVII secolo le leggi sul moto e la legge della gravitazione universale (I. Newton, 1687) permettono una nuova concezione dell’ universo in termini di meccanica celeste mentre, nel microcosmo, il prepotente sviluppo della chimica e della fisica si conclude, a cavallo tra il XIX e il XX secolo, con la scoperta dell’elettrone, del protone, dei raggi X e del decadimento radioattivo.

  Più di duemila anni dopo si concretizza l’antica ipotesi atomista dei filosofi greci anche se, contrariamente da quanto indicato dalla sua derivazione greca, l’atomo (atomos = indivisibile), l’unità fondamentale della materia, risulta essere divisibile e composta da particelle elettricamente cariche.

  Sembra anche risolversi a favore delle onde (e a scapito dei corpuscoli) la discussione relativa alla natura della luce.

  All’inizio del XX secolo il problema dell’ irraggiamento termico dei corpi, una situazione apparentemente ininfluente nell’evolversi della storia della fisica, trova soluzione ipotizzando lo scambio di energia solo come multiplo di una quantità minima definita quanto (quantum = quantità). La soluzione proposta avrà conseguenze talmente innovative da aprire le porte ad una nuova fisica.

  La costanza della velocità della luce, che è indipendentemente dall’eventuale moto di avvicinamento o di allontanamento della sorgente di emissione e/o dell’osservatore, definirà l’assenza di uno spazio-tempo assoluto attraverso la teoria della relatività ristretta rendendo equivalenti i sistemi di riferimento in moto rettilineo uniforme. E il valore della velocità della luce sarà anche legato al valore della massa dei corpi dimostrando il legame indissolubile massa-energia.

  In un contesto più ampio la teoria della relatività generale, affermando l’indistinguibilità tra un campo gravitazionale e un sistema di riferimento accelerato, estenderà l’equivalenza a tutti i sistemi di riferimento in moto.

  Nel microcosmo l’utilizzo delle onde elettromagnetiche in qualità di sonda evidenzierà il limite intrinseco, l’indeterminazione o l’incertezza, dell’informazione ottenibile dalla misura e la struttura della materia apparirà più complessa del previsto introducendo il concetto di probabilità.

  Sempre nel microcosmo le onde elettromagnetiche manifesteranno aspetti corpuscolari e la materia, i corpuscoli, manifesteranno aspetti ondulatori: dove inizia e dove finisce l’aspetto ondulatorio delle onde elettromagnetiche? Similmente, quando i corpuscoli manifestano il loro aspetto ondulare?

  Nondimeno, la scoperta di innumerevoli particelle durante gli esperimenti costringerà a una revisione critica del concetto di elementarietà. La classificazione delle particelle per mezzo dei numeri quantici assieme ai principi di simmetria permetterà di considerare più particelle come diversi aspetti di un’unica particella: nasce l’ipotesi dei quark.

  Oggi l’immenso sforzo teorico-pratico della fisica dell’estremo rappresenta sicuramente l’orizzonte delle conoscenze scientifiche più speculative dell’uomo che, attraverso due classi di particelle –  leptoni e quark – e quattro forze – la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza debole e la forza forte –  rende conto di tutti i fenomeni osservati, dalla struttura dei nuclei atomici alle galassie.

  L’interazione tra due particelle prevede, nondimeno, lo scambio di una particella definita quanto e caratteristica per ogni forza (campo). Le forze elettromagnetica, debole, forte e gravitazionale sono mediate rispettivamente da fotoni, bosoni vettori intermedi, gluoni e gravitoni. C’è poi anche una particella piuttosto evanescente, il neutrino, che interviene nei processi di decadimento e trasformazione delle particelle.

  Infine, se grazie agli acceleratori di particelle è stato possibile confermare molte ipotesi è solo nell’immensità dell’universo, il più grande laboratorio a disposizione, che le particelle e forze si esprimono compiutamente, con potenza inimmaginabile.

  L’applicabilità pratica delle scoperte trova spesso riscontro nell’ambito della diagnostica e soprattutto nei dispositivi elettronici anche se, attualmente, è la curiosità, sicuramente una caratteristica del progredire scientifico, che spinge lo scienziato alla ricerca, forse attraverso eccessive speculazioni matematiche, di una unificazione totale tra forze e particelle per evidenziare il mirabile ordine che governa la natura.