A un passo dalla Teoria del Tutto? Un approccio filosofico PAOLO VIDALI

Padova 23 marzo

2017

SCHEMA

• La filosofia e la scienza

• Nuove costanti, vecchi assoluti

• Nuove premesse filosofiche per pensare la fisica

• L’informazione come nuovo

strumento ontologico

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TEORIE DEL TUTTO

“Il desiderio di unificare tutte e quattro le forze della natura, compresa la gravità… ha un nome ambizioso: Teoria del Tutto. E’ questo il sogno segreto di tutti i fisici”

Guido Tonelli, La nascita imperfetta delle cose, 2016 p. 66

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TEORIE DEL TUTTO E FILOSOFIA

“Qual è il principio di tutte le cose?”

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La filosofia ci spinge costantemente a valutare e rivedere i nostri fondamentali

Oggi anche le scienze (formali, naturali, sociali) ci spingono a una profonda revisione

LA CUPOLA TEORICA

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TEORIA DEI PARADIGMI Il fisico e storico della scienza americano Thomas Kuhn, con il

suo The Structure of Scientific Revolution (19621 -19702) inaugura un largo dibattito sul rapporto tra scienza e storia

Per Kuhn la scienza è il terreno di scontro tra grandi sistemi di riferimento concettuale chiamati “paradigmi”, che forniscono nozioni, procedure, problemi, tecniche, valori accettati da una comunità di scienziati e riprodotti al proprio interno.

Il paradigma è costituito dalle nozioni di base con cui si articola una scienza.

Esso consiste in una visione del mondo, storicamente determinata e condivisa da una comunità di scienziati, in grado di:

• fissare la lista dei problemi verso cui indirizzare la ricerca • fornire le tecniche e le strategie di base per la soluzione di

tali problemi (o rompicapi, come li chiama Kuhn), • determinare le procedure di verifica sperimentale, • impostare la formazione dei futuri scienziati.

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TEORIA DEI PARADIGMI • La scienza “normale” è la fase dell’attività scientifica che mira a

risolvere anomalie, cioè difficoltà emerse nell’esercizio della ricerca scientifica interna al paradigma vigente utilizzando gli strumenti messi a disposizione dal paradigma.

• Se tentativi di questo tipo falliscono, anzi si amplificano le difficoltà a risolvere il problema con gli strumenti messi a disposizione dal paradigma, può accadere che si passi a una fase “straordinaria” della ricerca, in cui si arriva a ipotizzare delle modifiche al paradigma.

• in questa fase nascono discussioni e rotture tra sostenitori di diverse teorie, alcune interne al paradigma, altre esterne, e da questo travaglio può emergere un corpus teorico che si candida a diventare un nuovo paradigma.

• E’ accaduto così nel passaggio dalla fisica aristotelica a quella galileiana, dal sistema tolemaico a quello copernicano, dalla teoria del flogisto alla chimica di Lavoisier, dalla fisica classica a quella moderna.

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LA TEORIA DEI PARADIGMI

• Spiega il sistema di riferimento in cui agisce un sapere, anche un sapere scientifico.

• Mostra che è un sistema, o tende ad esserlo

• Condivide e integra le premesse

• Forma ambienti di pensiero

• Si è molto dibattuto sull’(inutile) problema della incommensurabilità

• La questione sottostante: esiste un punto di vista unico nella scienza, un sistema di riferimento universale?

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LA TEORIA DEI PARADIGMI

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Da un secolo convivono diverse cupole fisiche: la meccanica quantistica, che rappresenta il quadro generale per comprendere la dinamica atomica e subatomica, ma non la gravità; il modello standard delle particelle elementari che descrive la materia e le forze non gravitazionali ; la relatività generale, che descrive lo spazio, il tempo e la gravità. Sono stati verificati i fenomeni più spettacolari previsti da queste teorie: le correlazioni quantistiche a distanza (entanglement), l’esistenza di particelle elementari previste prima di essere osservate, come i bosoni vettori osservati da Rubbia, il quark charm previsto da Maiani, Glashow e Iliopoulos o la particella di Higgs, i buchi neri, l’espansione dell’universo, le lenti gravitazionali e altro ancora.

“Da decenni la natura non fa che dire «sì, è così», a tutto quello che segue da queste teorie” Carlo Rovelli

“Uno studente universitario che assista

alle lezioni di relatività generale il mattino e a quelle di meccanica quantistica il pomeriggio non può che concludere che i suoi professori sono grulli , o hanno dimenticato di parlarsi da un secolo: gli stanno insegnando due immagini del mondo in contraddizione. La mattina il mondo è uno spaziotempo curvo dove tutto è continuo; il pomeriggio il mondo è uno spaziotempo piatto dove saltano quanti discreti di energia” (Rovelli 2014 p. 129)

DOVE SIAMO?

Proposte

di unificazione

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•Teoria della grande unificazione (GUT)

•Teoria delle stringhe (Veneziano, Susskind, Witten, Maldacena …)

•Teoria delle superstringhe

•Teoria M

•Mondo-brana

•Gravità quantistica (Rovelli, Ashtekar…)

•Cosmologia ciclica conforme (Penrose)

• …

Non siamo affatto a un passo dalla teoria del Tutto. Ne avvertiamo solo l’esigenza, forse l’urgenza.

Ma perché?

DOVE SIAMO?

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E’ possibile

vedere

da fuori

i nostri fondamenti?

…vedere da fuori il nostro sistema di riferimento?

C COME LIMITE

• Spazio e tempo sono solitamente pensate come due grandezze indipendenti tra loro.

• Se però si impone un valore fisso alla massima velocità raggiungibile, si crea un legame indissolubile tra spazio e tempo.

• La costanza della velocità della luce impone quindi che, fissato uno spazio (o un tempo), il tempo (o lo spazio) debba variare in modo da non superare quel valore.

• Per velocità prossime a c, una variazione dello spazio obbliga a far variare il tempo e viceversa. Ed ecco nascere le relazioni della dilatazione dei tempi e dell’accorciamento dello spazio e tutte le deformazioni susseguenti.

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SISTEMA DI RIFERIMENTO Simultaneità Si pensava la simultaneità come una proprietà, invece è una operazione (Bridgman)

Osservatore Non esiste un’oggettività che non sia interna a un sistema di riferimento, quindi a un osservatore che in esso prende le misure. Non si può più parlare di una realtà data indipendentemente dal sistema di riferimento entro la quale è descritta.

Riferimento •Non c’è nessun motivo per preferire un sistema di riferimento a un altro. Ma per questo lo si deve dichiarare. Solo così le relazioni tra gli eventi (cioè le leggi della fisica) sono invarianti. •Ma questo significa che l’invarianza delle leggi è tutta l’oggettività che abbiamo. Non ne esiste altra. 14

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SPAZIO-TEMPO-GRAVITA’

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Lo spazio non è un contenitore di eventi, ma l’ambiente che modifica la realtà e ne viene modificato. Sulle linee in esso descrivibili si muovono corpi ed energie La gravità è una deformazione dello spazio-tempo. La struttura stessa dello spazio-tempo determina le traiettorie descritte da un corpo.

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Noi non siamo contenuti in un’immensa scaffalatura rigida: siamo immersi in un gigantesco mollusco flessibile (la metafora è di Einstein).

La materia dice allo spazio come curvarsi.

Lo spazio dice alla materia come muoversi

(A. Wheeler)

SOPPORTARE L’INDETERMINISMO •« Possiamo considerare lo stato attuale dell'universo come l'effetto del suo passato e la causa del suo futuro. Un intelletto che ad un determinato istante dovesse conoscere tutte le forze che mettono in moto la natura, e tutte le posizioni di tutti gli oggetti di cui la natura è composta, se questo intelletto fosse inoltre sufficientemente ampio da sottoporre questi dati ad analisi, esso racchiuderebbe in un'unica formula i movimenti dei corpi più grandi dell'universo e quelli degli atomi più piccoli; per un tale intelletto nulla sarebbe incerto ed il futuro proprio come il passato sarebbe evidente davanti ai suoi occhi» Laplace, Essai philosophique sur les probabilité , 1812

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Nella fisica quantistica non è possibile conoscere simultaneamente posizione e velocità di una particella. Il determinismo della fisica newtoniana non è più applicabile. La conoscenza della configurazione di un sistema, in un determinato istante di tempo, non permette più di determinare la storia passata e futura di questo sistema. Lo strumento di osservazione ed il sistema osservato non sono indipendenti.

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• Ogni particella esiste solo quando interagisce.

• Occorre pensare alle cose non come sono ma come interagiscono.

• Una particella viene descritta per mezzo delle posizioni che assume interagendo con qualcos’altro.

• Ciò comporta ammettere una conseguenza a cui non siamo abituati: la relazione precede l’ente.

• Solo con un atto di imperio filosofico si può affermare, almeno nella fisica quantistica, che qualcosa esiste prima di una interazione, e che esiste così.

LA PRIORITA’ DELLA RELAZIONE

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• Se la realtà è una, perché dovremmo averne descrizioni fisiche diverse e perfino divergenti?

• Alla base della domanda vi sono alcuni presupposti: – Su cosa basiamo la premessa che la realtà è unica? – Anche ammettendola, perché non accettare la

incompatibilità di sistemi descrittivi alternativi? Cosa lo impedisce come possibilità? E come attuazione?

– Non è così per i nostri sistemi linguistici? Per le nostre metodologie di ricerca? Per le nostre narrazioni? Per le nostre filosofie?

– Perché non crediamo che serva una filosofia unica, o un’unica letteratura?

UNICITA’ DEL REALE?

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II-IV regola di Cartesio La seconda era di suddividere ogni difficoltà che esaminavo nel maggior numero di parti possibili e necessarie per meglio risolverla. La terza di condurre per ordine i miei pensieri, cominciando dagli oggetti più semplici e più facili da conoscere, per salire a poco a poco, come per gradi, fino alla conoscenza dei più complessi, presupponendo un ordine anche tra gli oggetti che non si precedono naturalmente l'un l'altro. E l'ultima era di fare ovunque enumerazioni così complete e revisioni così generali da essere sicuro di non omettere nulla. Cartesio, Discorso sul metodo, 1637

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DAL PRINCIPIO DI COMPOSIZIONE…

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III regola di Newton III libro della terza edizione dei Principi matematici di filosofia naturale (1726 3 ) “l’estensione, la durezza, l’impenetrabilità, la mobilità e la forza d’inerzia del tutto nasce dall’estensione, dalla durezza, dalla impenetrabilità, dalla mobilità e dalle forze d’inerzia delle parti”; ciò permette di estendere a tutti i corpi il risultato dell’analisi effettuata su alcuni di essi, quando tale analisi si riferisca a proprietà stabili e osservabili. Le qualità dei corpi che non possono essere aumentate e diminuite, e quelle che appartengono a tutti i corpi sui quali è possibile fare esperimenti, devono essere ritenute qualità di tutti i corpi. Ciò significa che caratteristiche stabili delle parti vanno estese al tutto.

• Colore, attrito, colonia di formiche, vita… • Sono fenomeni emergenti. • Un fenomeno emergente • è riferito un sistema complesso che evolve nel tempo

adattandosi all’ambiente; • è descrivibile mediante un linguaggio qualitativamente

diverso da quello utilizzato per descrivere le sue componenti;

• è “bottom-up”, cioè nasce alle interazioni locali tra le componenti del sistema;

• è parzialmente imprevedibile, data la non-linearità delle equazioni che descrivono tali interazioni locali;

• è irriducibile, cioè indipendente dalle singole componenti del sistema.

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…ALL’EMERGENTISMO

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• Per il principio del terzo escluso una proposizione può essere vera o falsa.

• Nella fisica quantistica una proposizione può essere vera e falsa, a seconda di chi/che cosa effettua la misura. Fino ad allora le due proprietà osservate convivono.

• Violiamo il principio del terzo escluso solo quando proviamo a osservare p da più di un sistema di riferimento contemporaneamente.

• Non possiamo assegnare simultaneamente valori precisi al momento, all’energia, alla posizione di una particella. Ma cosa significa “simultaneamente”?

• Vuol dire entro un singolo sistema di riferimento. • E’ questa tacita premessa che viene meno. • Ecco di nuovo la lezione di Einstein

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OLTRE LA LOGICA BOOLEANA

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Assoluto: ciò che vale indipendentemente dal contesto. Le grandi conquiste della scienza fisica del 900 sono state proibizioni: limite di c,

costante di Planck, entropia, principio di indeterminazione, teorema di incompletezza di Goedel…

Tutte riconducibili ad un esito comune: ogni descrizione esiste entro un determinato e finito sistema di riferimento

Conseguenza 1 Non si può vedere l’Universo da un pdv assoluto, perché c è limitato Proprio perché la luce viaggia a velocità finita e questa è la velocità maggiore che esiste

in natura, siamo sempre costretti entro prospettive limitate. Conseguenza2 Ogni descrizione va associata al sistema di riferimento che la esprime, quindi di nuovo

non esiste un punto di vista assoluto. “Nessuno può mai vedere l’universo dal punto di vista di Dio… Prova a descrivere

l’universo da un sistema di riferimento impossibile e otterrai risposte sbagliate… la fisica può avere senso unicamente entro il sistema di riferimento di un singolo osservatore.” (Gefter, 301)

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LA FINE DEL PDV ASSOLUTO

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VERSO UNA NUOVA ONTOLOGIA

L’informazione come nuovo criterio per stabilire le coordinante della nostra realtà.

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Il concetto di informazione “Il termine informazione nella teoria delle

comunicazioni non riguarda tanto ciò che si dice effettivamente, quanto ciò che si potrebbe dire.

Cioè, l'informazione è una misura della libertà di scelta che si ha quando si sceglie un messaggio.

Se ci si trova di fronte ad una situazione molto elementare, nella quale si deve optare per uno fra due messaggi alternativi, allora arbitrariamente si dice che l'informazione, in relazione a questa situazione, equivale ad una unità” (Shannon, Weaver, 1949, p.8)

L'informazione è riduzione di incertezza

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LA DEFINIZIONE DI INFORMAZIONE

La formula dell'informazione

H= LOG2 N

H= quantità di informazione

N = messaggi totali, cioè scelte binarie possibili

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LA DEFINIZIONE DI INFORMAZIONE Pa

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ONTOLOGIA INFORMAZIONALE L’informazione ingloba l’osservatore (il sistema di riferimento) nella realtà che descrive.

L’informazione parla di un mondo che non è fatto di cose (energia, masse, particelle, campi…) ma di segnali.

Se non ci fossero messaggi, che cosa esisterebbe?

Anche per questo c è una velocità limite. Non esiste segnale che viaggi più veloce di c.

Un mondo concepito dal punto di vita dell’informazione è costituito di relazioni

Non sono le cose che entrano in relazione, ma le relazioni determinano l’essere delle cose

Gli enti emergono in rapporto al quadro di relazioni che li rendono possibili

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ONTOLOGIA INFORMAZIONALE • L’informazione definisce l’interazione dei

sistemi fisici. • H rappresenta la storia delle interazioni tra

sistemi fisici. • L’osservatore rispetto a x raccoglie questa

storia nel sistema di stati possibili la cui incertezza si riduce in rapporto alla misura, cioè al messaggio possibile che si riceve relativamente a x.

• In meccanica quantistica il collasso della funzione d'onda indica come evolve lo stato di un sistema fisico a livello quantistico a seguito della misura di una proprietà (spin, posizione, velocità…).

• Il collasso della funzione d’onda è la misura e coincide con la riduzione di incertezza informazionale

• Si ingloba l’ osservatore nella realtà fisica, se la si considera come informazione.

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FINE DELL’ASSOLUTO? • Se ogni fenomeno e ogni descrizione dell’universo è relativa a

un sistema di riferimento (fisico o teorico) a un sistema di messaggi possibili (informazionalmente parlando) che possono variare da osservatore a osservatore… non esiste il punto di vista del Tutto, il pdv assoluto.

• Eppure si conquista il concetto di realtà relativo (a un sistema di riferimento dichiarato) e relazionale (esiste ciò che interagisce con altro) solo se si ammette all’assoluto.

• Non c’è “relativo” senza “assoluto”.

• E’ come se non potessimo descrivere un mondo in forma relativistica se non ammettendo una descrizione assoluta.

• Se vogliamo portare a fondo questo pensiero, è come dire che non esiste la finitezza umana, anche quella della nostra scienza, se non perché la proiettiamo sullo sfondo di un assoluto possibile.

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FINE DELL’ASSOLUTO?

• Cosa resta della ricerca della Teoria del Tutto?

• Un lento ma insostituibile lavoro di traduzione tra descrizioni entro teorie e punti di vista.

• La verità diventa la conquista di questa coerenza interna alle nostre descrizioni.

• Le proprietà di base della realtà dipendono da un osservatore, cioè da un sistema di riferimento cognitivo.

• Quella che chiamavamo oggettività diventa la paziente traduzione delle nostre descrizioni da un sistema di riferimento ad un altro, senza che ne esista nessuno di privilegiato.

• E’ questo Tutto ciò che abbiamo e che siamo

• Una grande lezione non solo epistemologica, ma etica. 29

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A un passo dalla Teoria del Tutto? Un approccio filosofico PAOLO VIDALI

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BIBLIOGRAFIA MINIMA • Barrow J.D., Teorie del tutto. La ricerca della spiegazione ultima, (ed. or. 1991), Adelphi, Milano 1992. • Bitbol, M., “Physical Relations or Functional Relations? A non-metaphysical construal of Rovelli's

Relational Quantum Mechanics”, Philosophy of Science Archive: http://philsci-archive.pitt.edu/archive/00003506/ (2007).

• Castelli Andrea, Le interpretazioni filosofiche della teoria della relatività, in APhEx, Portale italiano di filosofia analitica, Giornale di filosofia Network, n.12, giugno 2015.

• Einstein A., Autobiografia scientifica, Boringhieri, Torino 1979. • Einstein A., Note autobiografiche (1949), in P.A. Schilpp (a cura di), Albert Einstein scienziato e filosofo,

Boringhieri, Torino 1958, pp. 3-49. • Fisher Kurt, Relatività per tutti. Come e perché lo spazio-tempo è curvo (2013), Dedalo, Bari 2016 • Gefter A., Due intrusi nel mondo di Einstein. Un padre, sua figlia, il significato del nulla e l’inizio del

tutto, (ed. or. 2014), Raffaello Cortina editore, Milano 2015. • Gleich J.(2012), L’informazione. Una teoria. Una teoria. Un diluvio, Feltrinelli, Milano 2012 • Pais Abraham, ‘Sottile è il Signore’. L vita e la scienza di Albert Einstein, (1982), Bollati Boringhieri,

Torino 1986. • Regge Tullio, Peruzzi Giulio, Spazio, tempo e universo. Passato, presente e futuro della teoria della

relatività, UTET, Torino 2003. • Rovelli C., La realtà non è come ci appare. La struttura elementare delle cose, Raffaello Cortina ed.,

Milano 2014. • Rovelli C. , Laudisa F. Relational Quantum Mechanics, Stanford Encyclopedia of Philosopy, • https://plao.stanford.edu/entries/qm-relational/ • Rovelli C., Sfide per la fisica del futuro, in “Le Scienze”, n. 531 novembre 2012, pp. 80-87. • Tonelli G., La nascita imperfetta delle cose, Rizzoli, Milano 2016.

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