La teoria del tutto e i limiti della conoscenza

La Teoria del Tutto e i limiti della conoscenza

Esame di stato: A.S. 2011/2012 Candidato: Vincenzo Afferrante I.I.S.S. Fazzini Giuliani Liceo Scientifico, sezione staccata di Peschici

Introduzione Una teoria è una idea che cerca di associare delle costruzioni mentali, delle ipotesi a fenomeni osservati nella realtà. Fin'ora essa si è sempre rivolta verso settori epistemologici contingenti, ma l'evoluzione della fisica nell'ultimo secolo ha permesso di immaginare una “teoria del tutto”, che abbracci ogni fenomeno naturale secondo ogni ordine di grandezza. Mio obiettivo è quindi illustrare in una prima prima parte le tappe della storia della fisica che hanno portato a tale congettura, ed in una seconda mostrare i limiti della conoscenza tramite argomentazioni logiche e storiografiche.

Fisica

Introduzione: Relatività e Meccanica Quantistica

Parte 1: Spazio-tempo e curve nella Relatività Einsteiniana

Esempio di curvatura spazio-temporale dovuta agli effetti gravitazionali La relatività fu un duro colpo per i fautori di una scienza positivistica, in quanto essa era il primo passo verso una rivoluzione scientifica prospettivista

Parte 2: Stranezze subatomiche e “spuma” quantistica

Il corpo nero La meccanica quantistica parte dalle osservazioni di Max Planck sul quesito del corpo nero. Il massimo presente nella curva dell'irradiamento gli fece ipotizzare una discretizzazione dell'energia a partire da una costante, che poi prenderà il suo nome.

L'esperimento di Young Gli esperimenti sulla luce corpuscolare si scontravano però con quelli circa la sua natura ondulatoria. Lo spettro d'interferenza generato dall'esperimento sottostante fece ipotizzare quindi la dualità onda-corpuscolare di materia ed energia di De Broglie.

Paradosso del gatto La sovrapposizione degli stati quantici prevista dal principio di indeterminazione di Schrodinger, gli fece ipotizzare un paradosso divenuto famoso. Se la vita di un gatto chiuso in una scatola è legata a un atomo con il 50% di probabilità di decadere, allora esso può essere sia vivo che morto!

Gravitazione quantistica Come spiegherò a breve, l'obiettivo della fisica moderna è quello di applicare la meccanica quantistica a tutte le forze fondamentali, ma per la gravità ciò risulta impossibile. Ciò è dovuto al fatto che la geometria che governa la relatività generale va in contrasto ai livelli della scala di Planck con la “schiuma quantistica”. Essa non è altro che quell'insieme di interazioni quantistiche che accadono a livelli microscopici dovuti al principio di indeterminazione. Nell'immagine a fianco abbiamo una rappresentazione di tali processi. (Tratto da “L'universo Elegante” di Brian Greeene)

1.La teoria del tutto: un ultimo percorso epistemologico?

Modello Standard Gli studi sulle teorie di campo quantistiche hanno allargato il numero delle particelle subatomiche, prima con l'introduzione di bosoni e fermioni, e poi con la scoperta dei quark e quindi della suddivisione in leptoni e adroni. Inoltre sono state scoperte simmetrie prima tra l'interazione debole e quella elettromagnetica, poi si è ipotizzata grazie alla supersimmetria una unificazione elettro-forte, ma essa è attuabile solo in condizioni estreme, come quella dell'origine dell'universo.

Curvatura dell'universo A partire dalla relatività generale, che metteva in relazione la trama dello spazio-tempo con la materia, si è ipotizzato che la geometria dell'universo dipendesse appunto da una densità critica Ω; inoltre Edwin Hubble, tramite l'analisi del redshift gravitazionale, osservò che l'universo si stava espandendo. Pertanto in base a Ω si può anche conoscere il destino dell'universo: se essa è minore di 1, l'universo si espanderà indefinitamente fino a un ipotetica morte termica, viceversa se è maggiore di 1, l'universo comincerà a collidere su se stesso fino a una grande implosione, il Big Crunch. Osservazioni recenti però spingono a credere che Ω sia uguale a 1

Big Bang La scoperta della radiazione cosmica di fondo ha dato una prova inequivocabile al modello cosmologico inflazionario. Essa è il residuo di quell'esplosione iniziale (Big Bang) che ha dato via all'espansione dello spazio. Si crede che all'origine dell'universo le forze fondamentali fossero unificate.

Teoria delle stringhe

Interazione quantistica secondo la teoria delle stringhe La teoria delle stringhe è attualmente considerato come una delle candidate più valide al titolo di teoria del tutto. Essa prevede che le particelle subatomiche non siano punti ma stringhe unidimensionali, che hanno particolari valori di massa e energia in base alla loro oscillazione. Le stringhe si muovono negli spazi di Calabi-Yau, composti da 6 dimensioni microscopiche, e per ognuno di essi è possibile ricavare un universo con determinate leggi (teoria del multiverso). Essa ha come principio quello olografico, che deriva dal fenomeno dell'entaglement e prevede una realtà non locale (geometria quantica). Interazione quantistica secondo il modello puntiforme

M-Teoria

La M-teoria è l'evoluzione della teoria delle stringhe, in quanto quest'ultima si era suddivisa in 5 varianti ugualmente valide. Edward Witten ipotizzò allora che queste 5 non erano che manifestazioni di un'unica più grande teoria, la M-teoria appunto. Essa prevede che le stringhe siano in realtà d-brane multidimensionali.

Principio antropico

Il principio antropico è stato nel 1973 da Brandon Carter in due varianti. Forma debole: "dobbiamo tenere presente il fatto che la nostra posizione [nello spazio e nel tempo] è necessariamente privilegiata, in quanto compatibile con la nostra esistenza di osservatori." Forma forte:"l'universo (e di conseguenza i parametri fondamentali che lo caratterizzano) dev'essere tale da permettere la creazione di osservatori all'interno di esso ad un dato stadio [della sua esistenza]."

Geologia

Tettonica delle placche La tettonica delle placche risulta una sorta di modello globale in geologia, in quanto riesce a dare una spiegazione a tutti i principali fenomeni della crosta terrestre (sismologia, vulcanesimo e orogenesi) tramite l'analisi dei processi interni a mantello e nucleo (decadimento radioattivo e moti convettivi)

2.I limiti della conoscenza: i confini della mente umana

Matematica

Teorema di Godel “In ogni teoria matematica T sufficientemente espressiva da contenere l'aritmetica, esiste una formula δ tale che, se T è coerente, allora né δ né la sua negazione sono dimostrabili in T.”

“Relatività” di M. C. Escher

Douglas Hofstadter nel suo saggio “Godel, Escher e Bach: Un'eterna ghirlanda brillante” paragona questi “strani anelli” matematici ai quadri impossibili di Escher e alla musica canonica di Bach. In relazione alla teoria del tutto, tale teorema può essere considerato una sorta di “limite della conoscenza”, perché esso dimostra inequivocabilmente come non possa esistere un sistema formale capace di dimostrare la coerenza di tutte le sue proposizioni. Anzi, si ritiene che sia impossibile dimostrare la coerenza all'interno del sistema, ma sia possibile tramite un sistema esterno che lo contenga; ciò può essere una prova della ricerca infinita della conoscenza.

Letteratura italiana

Italo Calvino - Palomar “Forse il vero risultato a cui il signor Palomar sta per giungere è di far correre le onde in senso opposto, di capovolgere il tempo, di scorgere la vera sostanza del mondo al di là delle abitudini sensoriali e mentali? No, egli arriva fino a provare un leggero senso di capogiro, non oltre. L'ostinazione che spinge le onde verso la costa ha partita vinta: di fatto, si sono parecchio ingrossate.”

Italo Calvino – Cosmicomiche Illustrazione ispirata al film “Voyage dans le lune” di George Melies

Nelle “Cosmicomiche” Calvino unisce la sua letteratura basata sulla capacità di stupire alle recenti scoperte cosmologiche, geologiche e biologiche. Egli credeva in una unitarietà della conoscenza, e imitando gli antichi che associavano i miti agli astri, egli cerca di mostrare concetti scientifici altamente tecnici sotto una prospettiva postmoderna. Le forme favolistiche che egli adotta per la narrazione, le caratteristiche umanoidi di esseri cosmici e l'unione della quotidianità ad eventi straordinari rendono l'opera unica nel suo genere.

Filosofia

Friedrich Nietzsche: critica al positivismo Il primo a criticare la scienza positivistica intesa in maniera deterministica e a divulgare una nuova epistemologia di stampo prospettivista fu Nietzsche. Il suo pensiero fu rivoluzionario per l'epoca ed influenzò tutto il secolo successivo, sebbene spesso frainteso per la sua nota contraddittorietà. Ma ciò che emerge soprattutto della sua filosofia è il crollo di tutti valori ideali nati dal razionalismo di Platone: “Dio è Morto” egli annuncia nella “Gaia Scienza”, ad esprimere il nichilismo che esso provoca. Ma colui che riesce ad accettare e dominare tale realtà, soggetta all'eterno ritorno all'uguale, è uno spirito libero capace di acquisire conoscenza.

Storia

Guerra Fredda Alla fine della seconda guerra mondiale, due potenze enormi si affermarono e tentarono di estendere il loro modello di società in tutto il mondo tramite aree di influenza: gli USA e l'URSS. Entrambe proponevano ideologia politiche che ritenevano superiori e quindi giustificate al dominio globale. Tale volontà di potenza portò a diversi crisi, come quella di Cuba e di Corea, ma con il periodo di distensione inaugurato da Cruschev, la rivoluzione cinese, la nascita della comunità europea e dei nuovi stati del terzo mondo, si arrivò alla caduta del sistema sovietico.

Letteratura inglese

Animal Farm – George Orwell Animal Farm is an allegorical novella by George Orwell published in England on 1945. According to the writer, it refers to the event of the Bolscevic Revolution and the Stalin Era before WW2. It portrays corrupt leadership as the flaw in revolution, rather than the act of revolution itself. It also shows how potential ignorance and indifference to problems within a revolution could allow horrors to happen if a smooth transition to a people's government is not achieved. The pig Napoleon is an allegory of Joseph Stalin, and the pig snow ball can be compared to Lev Trockji. The first law of the revolution “ALL ANIMALS ARE EQUALS” became in the end ”ALL ANIMALS ARE EQUAL BUT SOME ANIMALS ARE MORE EQUAL THAN OTHERS.”

1984 – George Orwell Nineteen Eighty-Four is a novel by George Orwell published in 1948. It is a dystopia that portrait a totalitaristic future where all people are always watched by the big brother, the dictator of the Oceania state. Its protagonist, Winston Smith, works in the Ministry of Truth, where he fake information about the party. In its will of rebellion, he met Julia, a young girl that hate the party too, and begin an illecit relation with. Love and sex without procreative purposes are illegal for the Ingsoc, and, being unaware of that, Winston and Julia were observed by the Thought Police. When they met O'Brien thinking that he was an ally, they were capture and torture in the Ministry of Love. After a brainwash, Winston betray his beloved Julia, and in the end accept the idea of the party and begin to love the big brother.

Conclusione “E' nostra responsabilità lasciar libera di agire la gente del futuro. Nella gioventù impetuosa dell'umanita', possiamo fare errori tanto gravi da arrestarne la crescita a lungo. E' ciò che otterremmo se affermassimo di detenere oggi le risposte, giovani e ignoranti come siamo. Se sopprimiamo ogni discussione, ogni critica, se proclamiamo: "Ecco la risposta; l'umanità e salva !", consegneremo per lungo tempo gli uomini alle catene dell'autorita', li rinchiuderemo entro i confini della nostra attuale immaginazione. E' accaduto spesso in passato. Come scienziati, conosciamo i grandi progressi che scaturiscono da una soddisfacente filosofia dell'ignoranza e il grande progresso che nasce dalla libertà di pensiero; e' nostra responsabilità ribadire il valore di questa libertà: insegnare che il dubbio non va temuto ma accolto e discusso; esigere tale libertà e' un dovere nei confronti delle generazioni a venire.” Tratto da “Il valore della Scienza” di Richard Feynman