Riassunto "Helgoland" di Rovelli, Appunti di Scienza Politica

Scarica Riassunto "Helgoland" di Rovelli e più Appunti in PDF di Scienza Politica solo su Docsity! Helgoland Premessa C’è stato un momento in cui il mondo sembrava potesse essere spiegato con la teoria fisica classica: particelle di materia mosse da poche forze. Nel 1925 Werner Heisenberg crea la teoria dei quanti che chiarisce il funzionamento di atomi, solidi, plasmi e permette lo sviluppo di tecniche recenti come computer e centrali nucleari. Una realtà fatta di relazioni. PARTE PRIMA I Niels Bohr a Copenaghen ha costruito formule che prevedono le qualità degli elementi chimici prima ancora di averle misurate. Esempli: frequenza della luce emanata da elementi scaldati: il colore che prendono. Gli elettroni, attorno agli atomi prendono certe orbite, certe distanze certe energie e saltano da un’orbita all’altra. I salti quantici Pauli discute con Heisenberg non si trovano delle teorie e si pensa che il ragionamento debba essere radicale. In Austria si discuteva, in campo filosofico, di relazione tra realtà ed esperienza. Quale è la forza che guida gli elettroni? Teniamo ferma la forza elettrica e cambiamo il modo di guardare l’elettrone. Concentriamoci sulle qualità osservabili e vediamo l’intensità della luce emessa, Heisenberg ricalcola l’energia dell’elettrone (frequenza e ampiezza della luce emessa). Vediamo gli effetti dei salti così costruisce una tabella per misurare le variabili Orbita di arrivo Orbita di arrivo Orbita di partenza Conti sono molto difficili e calcola su un pendolo. I conti cominciano a tornare con quelli di Bohr. Manda i calcoli a Gottingen. Si comincia a costruire una teoria/struttura utilizzando le forze della fisica classica ma non si usano più le formule ma le matrici, tabelle di numeri. Perché quello che osserviamo è il fascio di luce che passa da un’orbita all’altra. Intanto Born riceve una teoria sostanzialmente identica da Paul Dirac, studente che aveva sentito una conferenza. Si comincia a applicare la teoria sull’atomo, lo fa Pauli e i calcoli sono confermati. Da questo parte la bomba atomica Heisenberg ha il compito di crearla, ragiona con Bohr sui problemi morali. Bohr, rapito dal comando inglese e poi va negli Stati Uniti a lavorare su come si maneggiano gli atomi. Cosa significa puntare sugli osservabili? Non possiamo descrivere l’elettrone quando non lo guardiamo. La teoria ci dice SOLO cosa vediamo quando l’elettrone salta, NON ci dice come si muove durante il salto. 1 Erwin Schodinger calcola l’energia dell’atomo con gli stessi risultati di Pauli (Bohr) ma con altro metodo, calcoli più semplici. Si basa sulle idee di de Broglie: gli elettroni possono essere onde che corrono. Relazione tra onda che corre e particella che rimane fissa? Il raggio del laser è fatto di luce (onda). La traiettoria parte in un punto e si spande e disperde. L’elettrone è un’onda che si può spargere; le teorie predicono gli stessi effetti. Introduce la funzione di onda indicata come ψ psi: il mondo microscopico è fatto di onde e non di particelle. La meccanica delle onde sembra una teoria più facile della meccanica delle matrici. Ma l’onda si diffonde nello spazio, l’elettrone no, è rilevato nello spazio in un solo punto. Entrambe le teorie sono oscure. Born capisce che per i fenomeni quantistici è necessaria una nuova meccanica. La ψ è uno strumento di calcolo ci dice la probabilità che qualcosa di reale avvenga. Noi parliamo di probabilità quando non abbiamo tutti i dati del problema, Einstein diceva che Dio gioca a dati: le leggi della Natura sono deterministiche? Ancora si discute. L’onda ψ evolve mentre non la guardiamo, quando la guardiamo si trova in un punto e vediamo la particella. Granularità dell’energia: l’energia di un sasso lanciato dipende dalla velocità 1900: Plank osservava che l’energia del calore si distribuisce solo su onde di bassa frequenza. Ne ha aveva derivato una formula: l’energia si sposta da un’onda all’altra solo in multipli interi, come se si trasferisse a pacchetti. Non arriva alle onde di alta frequenza perché non ci sono pacchetti tanto grossi di energia. Calcola la proporzionalità tra i pacchetti di energia e la frequenza dell’onda: h la costante di Planck che scriviamo ħ h tagliata 1905: Einstein suggerisce che le onde siano costruite da grani di energia che dipendono dalla frequenza i fotoni, i primi quanti QUNDI Quando l’elettrone salta da una orbita all’altra libera un pacchetto di energia che è un quanto di luce, un fotone La teoria di Hesenberg permette di rendere di tutti questi fenomeni, sostanzialmente li spiega. La teoria dei quanti aggiunge una sola equazione alla fisica classica X = posizione di una particella P = impulso, velocità moltiplicata per la massa XP – PX = iħ i = simbolo della √ -1 ħ = costante di Planck 2  Einstein ci dice che anche la gravità è portata da un campo che è la geometria dello spazio e del tempo Poi si scoprono i quanti: la realtà non è come la descrive la fisica classica. Tutto questo ci dice che il pensiero scientifico non è fatto di realtà acquisite ma è in continuo movimento:  Attanasio ha eliminato le colonne su cui poggia la Terra, è tonda cambia il concetto di sopra e sotto  Copernico fa girare la Terra nello spazio  Einstein ha sciolto la rigidità spazio e tempo  Darwin ha smascherato l’illusione dell’alterità degli umani In un laboratorio lo scienziato è colui che fa le misurazioni, ma fuori dove non c’è nessuno che misura cos’è un’osservazione? Cosa dice la teoria dei quanti dove nessuno osserva? cosa dice la teoria dei quanti sulle altre galassie? Interpretata in maniera relazionale la teoria ci dice come un oggetto si manifesta ad un altro. Oggetto = sistema fisico. Non stanno in solitudine ma agiscono uno sull’altro quindi descrive l’interazione. Il fotone si manifesta all’osservatore come l’osservatore al fotone: due entità. La meccanica quantistica descrive  la grammatica elementare ed universale della realtà fisica che soggiace non solo alle osservazioni di laboratorio e ad ogni interazione  il manifestarsi delle cose: una all’altra Le proprietà delle cose non sono altro che modi in cui questa cosa influenza le altre. È impossibile separare le proprietà di un oggetto dalle interazioni dove queste si manifestano. Dobbiamo vedere la realtà fisica come una rete di relazioni dove gli oggetti sono i nodi. Non ci sono proprietà al di fuori delle interazioni. Inutile chiedersi quale è l’orbita dell’elettrone, se non interagisce non ha proprietà: non posizione né velocità (Heisenberg). Il gatto: se sono il gatto se si apre o meno la boccetta di sonnifero (interazione) posso essere o addormentato o sveglio. Per l’osservatore fuori, senza interazione, la sovrapposizione Sveglio- addormentato può sussistere ed entrambe le cose possono essere vere. Una realtà può essere vera rispetto a te e non reale rispetto a me? SÌ La teoria dei quanti dice che le proprietà di un oggetto che sono reali rispetto ad un secondo oggetto non lo sono necessariamente rispetto ad un terzo oggetto. Tante proprietà sono definite rispetto a qualcos’altro: es. la velocità. Questo ci fa capire che il mondo ha contorni più lievi di quelli descritti dalla fisica classica. L’onda Ψ è il calcolo probabilistico di dove ci aspettiamo si realizzi rispetto a noi il prossimo evento. Gli oggetti hanno tante onde Ψ e lo stato quantistico è sempre relativo. Il mondo si frantuma in un gioco di punti di vista, che non ammette un’unica visione globale. PARTE SECONDA IV – Come si parlano le cose 5 Entaglement non ha corrispettivo in italiano. Situazione in cui si trovano due cose o persone che in qualche forma sono rimaste aggrovigliate, o intrecciate. In fisica due oggetti distanti che si sono incontrate in passato mantengono un legame come se possano continuare a parlarsi. Esempio: 2 fotoni entagled sono correlati, se uno è rosso anche l’altro è rosso. Se spediamo un fotone a Vienna e l’altro a Pechino e li osserviamo entrambi sono dello stesso fotone. Accade anche quando sono in sovrapposizione quantistica e possono essere o rossi o blu. Come accade? Ci sono due spiegazioni:  i fotoni comunicano velocemente. È impossibile perché tanta velocità è esclusa dalle qualità dello spazio-tempo  il colore è già determinato prima della separazione dei fotoni. Impossibile Bell ci dice che se così fosse le conseguenze da quanto si osserva. Conosciamo le onde Ψ di ogni oggetto che sono altro dall’insieme delle onde Ψ de due oggetti. La relazione tra due oggetti non è contenuta nell’uno e nell’altro: è di più. La soluzione esiste. Le proprietà esistono solo rispetto a qualcosa. Le misure dei fotoni esistono rispetto a Vienna e rispetto a Pechino. Non c’è nessun oggetto fisico che vede entrambi i colori dei due fotoni in contemporanea e anche la comunicazione in diretta ha comunque dei tempi. Non esiste un resoconto univoco dei fatti. Le proprietà di un oggetto sono tati rispetto ad un altro, le qualità di due oggetti devono essere tali rispetto ad un terzo oggetto. Il terzo oggetto è quindi necessario. L’etaglement è quindi una danza a tre. In qualsiasi osservazione esiste quindi la possibilità di una sovrapposizione quantistica. Torta e termometro: il termometro conosce la temperatura, cado o freddo, un terzo oggetto non ha interazioni quindi la torta può essere calda o fredda. L’entaglement si realizza sempre se si considera la relazione rispetto a sistemi fisici estranei. È la prospettiva esterna sulla relazione. Informazione in fisica: le proprietà di un oggetto si realizzano nei confronti di un altro e possiamo pensarle come correlazioni tra i due ovvero come informazione che il secondo ha sul primo. Due leggi differenziano la fisica classica dalla quantistica:  La quantità di informazione rilevante (quella che ci permette di individuare il comportamento futuro dell’oggetto) che possiamo avere su un oggetto fisico è finita. Ci porta al principio di indeterminazione di Heisenberg: non è possibile conoscere con esattezza e contemporaneamente due variabili quali posizione e quantità di moto di una particella.  Interagendo con un oggetto possiamo acquisire sempre nuova informazione rilevante. La non commutatività, l’informazione è inesauribile. Raggiungendo la massima informazione su un oggetto possiamo comunque imparare qualcosa si inaspettato perdendo però l’informazione precedente. Il futuro non è determinato dal passato, è probabilistico. La fisica quantistica ci dice: 6  Il mondo non è continuo ma granulare, che c’è un limite inferiore finito alla sua determinazione  Non esiste nulla di infinito andando verso il piccolo  Il futuro non è determinato dal passato  Le cose fisiche hanno solo proprietà relative ad altre cose fisiche e ci sono solo quando le cose interagiscono  Prospettive diverse non si possono giustappore senza sembrare contradditorie PARTE TERZA – V Ernst Mach era sostenitore dell’empiriocriticismo secondo cui si deve tener conto esclusivamente delle esperienze sensibili. La conoscenza non è un dedurre, indovinare la realtà al di là delle sensazioni ma una efficiente modalità di organizzare queste sensazioni. Devono essere eliminate tutte le pretese di metafisica. Con il termine sensazione vuole indicare tutti i fenomeni che si muovono nell’universo. Mach ha legami personali con tanti intellettuali dell’epoca (padrino di Pauli, filosofo preferito di Schrodinger…). Ha inoltre ispirato le rivoluzioni della fisica del XX secolo tanto che Heisenberg, ragionando sui quanti, afferma di volersi basare su principi osservabili. La polemica di Mach riguarda il meccaniciscmo del ‘700, l’idea che i fenomeni siano prodotti da particelle di materia in movimento. La conoscenza è in continuo movimento. Mach dice di pensare gli oggetti come nodi di fenomeni, non i fenomeni come manifestazione di oggetti. Nel 1905 Lenin pubblica Materialismo ed empiriocriticismo per confutare le idee di Bogdanov. Lenin: se esistono sensazioni allora non esiste una realtà esterna; io sono l’unica realtà. Questo idealismo è dottrina della borghesia a cui si contrappone il materialismo che vede l’essere umano, la coscienza come aspetti di un mondo concreto fatto di materia. Esiste un mondo fuori dalla mente e non c’è null’altro che materia Bogdanov: il pensiero di Mach non è idealismo, le sensazioni non sono dentro la nostra mente, sono fenomeni del mondo. Non pensa che tutto sia nella nostra mente, anzi è interessato alla realtà che è fuori. CRITICA A LENIN: La realtà potrebbe essere più complessa di come appare. Lenin dimentica la lezione di Marx ed Engels: la storia è processo, la conoscenza è processo. La polemica è anche politica: la rivoluzione russa ha creato nuove strutture economiche e se queste, come dice Marx, influenzano la cultura allora la società post rivoluzione deve produrre una nuova cultura. 7 Fa l’esempio di uno zoombie che riproduce i comportamenti e che è osservabile, non si è in grado di leggerne le sensazioni, ecco la differenza con l’uomo. Le neuroscienze stanno facendo ricerca, ma ancora è terreno “difficile”. Se ragioniamo con la teoria dei quanti, in termini di relazioni allora dobbiamo assumere che tutto è all’interno e tutto è letto in prima persona. Se parliamo della natura della mente si hanno 3 teorie  dualismo: la realtà della mente è diversa da quella delle cose inanimate  idealismo: la realtà materiale esiste sono nella mente  materialismo ingenuo: i fenomeni mentali sono riconducibili al moto della materia le prime due sono incompatibili con quanto sappiamo del mondo: noi facciamo parte del mondo. Ci sono pure altre idee: se le qualità degli oggetti nascono dall’interazione allora il divario tra fenomeni fisici e mentali si attenua. La soggettività richiede un maggior grado di complessità PARTE TERZA – VII Se analizziamo il nostro sistema visivo sappiamo che, a differenza di ciò che pensiamo, i segnali partono dal cervello e arrivano all’occhio e non viceversa. Questo perché mettiamo in campo processi che, data l’esperienza, ci permettono di creare l’immagine. Se questa si discosta allora registriamo le differenze trovate e solo questi segnali passano da occhio al cervello. Quindi come dice Tine la percezione esterna è come un sogno interno che riesce ad essere in armonia con l’esterno. Anche per la scienza possiamo pensarla così: andiamo alla ricerca delle differenze tra quanto ci aspettiamo e quanto riusciamo a cogliere del mondo. Abbiamo una visione del mondo, se non corrisponde proviamo a cambiarla. Aggiorniamo e miglioriamo le nostre mappe della realtà, le strutture concettuali. Alcune volte sono piccoli cambiamenti, dettagli, altre scompaginano il modo di vedere il mondo e creano una nuova grammatica. Così è la teoria dei quanti. Dobbiamo abbandonare l’idea di un mondo fatto di cose, per pensarlo come un mondo di relazioni, dove non esiste un puto di vista assoluto. La vita sciale, politica, culturale è fatta di relazioni. La fisica è probabilmente il luogo dove la struttura della realtà e quella del pensiero più si intrecciano e sono messe alla prova proprio per la materia del sapere: spazio, tempo, materia, pensiero. 10 empiriocriticismo indica una corrente di pensiero filosofica che intende fondare la filosofia come una scienza ovvero basata sull'esperienza sensibile (empirismo), escludendo quindi ogni riferimento alla metafisica (criticismo). A differenza del positivismo l'empiriocriticismo riconosce i limiti della conoscenza scientifica, ma vuole basarla esclusivamente sui dati sensibili di modo che se anche i concetti scientifici non colgono l'essenza ultima della realtà tuttavia sono utili nella sua interpretazione (teoria "economica" della scienza).[1] Il positivismo è un movimento filosofico e culturale, nato in Francia nella prima metà dell'Ottocento e ispirato ad alcune idee guida fondamentali riferite in genere all'esaltazione del progresso scientifico. Questa corrente di pensiero, trainata dalle rivoluzioni industriali e dalla letteratura a esso collegata [1] , si diffonde nella seconda metà del secolo a livello europeo e mondiale influenzando anche la nascita di movimenti letterari come il verismo in Italia e il naturalismo in Francia. Il positivismo non si configura dunque come un pensiero filosofico organizzato in un sistema definito come quello che aveva caratterizzato la filosofia idealistica, ma piuttosto come un movimento per certi aspetti simile all'illuminismo, di cui condivide la fiducia nella scienza e nel progresso scientifico- tecnologico, e per altri affine alla concezione romantica della storia che vede nella progressiva affermazione della ragione la base del progresso o evoluzione sociale. 11 Pioggia di Nobel 1921 Albert Einstein “per i suoi servizi alla Fisica Teorica, e in particolare per la sua scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico” (assegnato in realtà nel 1922 con data 1921, anno in cui non fu attribuito a nessuno) 1922 Niels Henrik David Bohr “per i suoi servizi nelle indagini sulla struttura degli atomi e delle radiazioni da loro provenienti” 929 Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie “per la sua scoperta della natura ondulatoria dell'elettrone” (Ipotesi di de Broglie) 1930 Chandrasekhara Venkata Raman “per i suoi studi sulla diffusione della luce e per la scoperta dell'effetto che da lui prende il nome” 1931 non è stato assegnato 1932 Werner Karl Heisenberg “per la creazione della meccanica quantistica, la cui applicazione, tra l'altro, ha portato alla scoperta delle forme allotropiche di idrogeno” 1933 Erwin Schrödinger “per la scoperta di nuove forme produttive di teoria atomica” (equazione di Schrödinger ed equazione di Dirac) 12 Partiamo da una premessa. La fisica quantistica spiegata in modo semplice altro non è che la teoria che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni, a livello microscopico. Teoria quantistica Volendo dare una più precisa definizione di teoria quantistica riportiamo qui di seguito quella fornita da Wikipedia. “La meccanica quantistica (anche detta fisica quantistica o teoria dei quanti) è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di energia atomica e subatomica” Entriamo maggiormente nel dettaglio della materia … La teoria quantistica, formulata da Max Planck agli inizi del Novecento, nasce da una ricerca condotta sulla radiazione emessa da un corpo nero. Tale corpo ha la capacità di assorbire tutte le radiazioni incidenti e di irradiarle a sua volta in maniera dipendente dalla temperatura ma indipendente dalla natura del materiale. La teoria dei quanti e i successivi studi condotti da Einstein sull’effetto fotoelettrico portano alla scoperta della natura corpuscolare della luce. La teoria dei quanti si basa sul criterio della quantizzazione: quantità fisiche come l’energia non possono essere scambiate in modo continuo ma attraverso ‘pacchetti’ (quanti); un sistema può pertanto possedere valori di energia specifici, e non illimitati come invece sostenevano le leggi della fisica classica. In riferimento al corpo nero egli ipotizza che la radiazione emessa non fosse continua ma ‘quantizzata’, o detto in altre parole emessa in quantità di energia limitata (quanti di energia). Ma cosa sono i quanti di energia? Il quanto di energia è una quantità minima al di sotto della quale non possono avvenire scambi. L’ipotesi di Planck viene confermata qualche anno più tardi con l’analisi di Einstein sull’effetto fotoelettrico, il fenomeno che si manifesta quando un corpo esposto a onde luminose o a radiazioni elettromagnetiche, di varia frequenza, emette particelle elettricamente cariche. In tal caso gli elettroni vengono emessi da una superficie metallica, o anche da un gas, in seguito all’assorbimento dell’energia trasportata sulla stessa superficie da radiazioni di frequenza alta come ad esempio le radiazioni ultraviolette. Secondo la teoria dell’elettromagnetismo classico, l’energia cinetica degli elettroni emessi dipende dall’intensità della radiazione incidente; secondo i dati sperimentali invece, l’energia degli elettroni è indipendente dall’intensità e dipendente dalla frequenza della radiazione incidente. 15 Dal momento che la natura della luce, secondo la teoria classica, era esclusivamente ondulatoria la teoria dei quanti di Einstein risultò inspiegabile per cui non venne, inizialmente, accettata. La teoria classica, secondo la quale la luce consisteva di onde, continuò ad essere applicata in altri campi con discreto successo. L’ipotesi della natura corpuscolare della luce viene confermata 17 anni più tardi, con la scoperta dell’effetto Compton. 16