Cortesie (quantiche) per gli ospiti

Scrivere di un argomento tecnico non è mai banale. Spesso, quando si scrive per un pubblico generale - ad essere cattivi di solito si dice profani, ma in un'era politically correct come questa al solo scrivere questa parola temo di rischiare il linciaggio - si è costretti ad effettuare singole e doppie traduzioni. Il rischio del lost in translation è altissimo.
Quando poi si tratta di Fisica Teorica, con i tutti i problemi di interpretazione e le guerre sante che impazzano tra le varie scuole, parlarne, in parole semplici, diventa come cercare di danzare per un campo minato. E' probabile che si zompi (leggiadramente) su una mina, con le conseguenze del caso.
Nonostante questo, visto che mi sono lanciato in una disamina della ToE di Garrett Lisi, mi trovo a dover parlare di un argomento estremamente tecnico ed ostico da comprendere sia per chi abbia gli strumenti necessari si per chi - e sono la stragrande maggioranza - non ne ha. Io, a dire il vero, mi trovo un po' a metà strada, visto che ho un po' degli strumenti che servono ma che devo spesso ricorrere ai miei tomi o alla rete per chiarirmi alcune parti... Mentre ci sono alcuni passaggi che svicolano del tutto dalla mia comprensione (in questo caso adotto una tecnica molto semplice: se nelle discussioni il passaggio viene dato per buono lo do anch'io per buono... Non molto scientifico ma spesso funziona!).
Mi rendo conto però che, per poter cominciare a parlarne, sono costretto a dare qualche nozione di base. Faccio 3 (dico 3!) premesse però:

1. Non sono mai stato un grande Fisico, men che meno adesso che mi ritrovo a quindici anni di distanza dai miei studi. Dirò delle cose che a qualunque persona con un po' di conoscenze sembreranno delle boiate, ma serviranno, con esempi assolutamente inadeguati, a rendere un po' più chiari dei concetti che chiari non sono.
2. Tenterò di non scrivere equazioni né di disegnare astrusi diagrammi. Non è banale, ma ci provo. Questo porterà a descrizioni assolutamente fuori di testa di fenomeni fisici che, ancora una volta, farebbero vomitare qualunque fisico.
   
3. Questa è fisica, non buonsenso. Tutto quello che l'uomo comune crede di sapere non funziona. Non è grave, non c'entra niente con la religione, non fa male. Ma è un mondo "diverso" da quello a cui si è abituati.

Il mondo come noi lo conosciamo è fatto da osservabili. Questo significa che qualunque cosa che ci è intorno, qualunque sensazione, colore, suono ecc. è composto da svariate "osservazioni", quali possono essere ad esempio affermazioni del tipo "il legno è duro", "la luce è bianca" e così via. La fisica studia le relazioni tra questi osservabili, la maniera in cui questi interagiscono tra di loro e con noi (con grandissimo volo di fantasia siamo definiti "gli osservatori") e tenta di fare previsioni sul loro comportamento in determinate situazioni; tramite queste osservazioni le teorie fisiche - intese come insieme di regole che descrivono come si dovrebbero comportare questi osservabili - vengono messe alla prova. Se una teoria fa previsioni esatte funziona. Se sbaglia non funziona. Gli "sbagli" ci aiutano a definire il campo di applicazione di una teoria: ad esempio sappiamo che la teoria della gravità di Newton non dà previsioni accurate per l'orbita di Mercurio (uno spostamento infinitesimale, ma misurabile) e quindi possiamo dire che entro una certa approssimazione possiamo calcolare le orbite dei pianeti usando Newton, ma quando abbiamo bisogno di un'accuratezza maggiore dobbiamo rivolgerci alle più divertenti equazioni dello zio Albert.
Sappiamo che le interazioni tra osservabili sono appena quattro (perché quattro? Si prega di mettere questa domanda da parte per successivo utilizzo). Sono dette Interazione Nucleare Forte, Interazione Nucleare Debole, Interazione Elettromagnetica e Interazione Gravitazionale.
Le ultime due sono conosciute da secoli e facilmente sperimentabili: "prendere una scossa" è Elettromagnetismo (ma anche vedere, stendersi al sole ed abbronzarsi, ecc.), "cadere" è gravità. Le prime due sono un po' più difficili da notare, se non in caso di esplosione nucleare (per la Forte) o di portarsi in giro un pezzetto di materiale radioattivo (per la debole).
Ok, sono già un bel po' di informazioni. Andiamo avanti.
La grande sfida, il Santo Graal, l'Anello del Potere per i fisici oggigiorno è un'unica descrizione che riassuma queste quattro interazioni. Sono anni, quasi un secolo che ci stiamo dietro, con alterni risultati. Un grande successo è stato conseguito tra gli anni sessanta e settanta del secolo scorso, quando si è riusciti ad unificare tre delle quattro forze in circolazione: Elettromagnetismo, Nucleare Forte e Nucleare debole, tramite una teoria scientifica nota come Modello Standard. Il Modello Standard funziona, molto bene, consentendo di fare previsioni che sono state abbastanza verificate. Per quanto riguarda la gravità... Bé, è un po' la bestia nera dei fisici teorici. L'interazione gravitazionale è veramente strana: sembra essere solo attrattiva, è immensamente debole rispetto alle altre ed è talmente bastarda che si rifiuta ostinatamente di farsi descrivere in maniera esaustiva da una teoria quantistica di campo...
Alt! Che diavolo è una teoria quantistica di campo? Prima di tutto è un nome fichissimo. Se si fa cadere l'espressione teoria quantistica di campo in un discorso, anche se si sta parlando delle anche di Totti, si fa una figura fantastica. Tutti rimarranno a bocca aperta. Però occorre un minimo riuscire a descrivere di che cosa si tratta...
Ci provo, pronto a fare la figura peggiore della mia vita.
Immaginiamo un osservabile, una bella pallina di quelle che rimbalzano, giusto per amor di discussione. Non chiediamoci cos'è. Il comportamento di questa pallina è descritto da alcune quantità variabili (la sua velocità, la sua posizione ecc.). Noi possiamo mappare queste quantità disegnandole in un grafico (ad esempio possiamo scegliere la sua distanza da alcuni punti prestabiliti, la sua velocità...). Il grafico in questione è bidimensionale, quindi possiamo mappare giusto due proprietà alla volta. Facciamo uno sforzo di immaginazione: sapendo che le proprietà necessarie per descrivere il comportamento sono tante (butto giù un numero a caso: 9) immaginiamo di costruire un grafico con 9 assi. La "posizione" della pallina in questo grafico ci darà il suo stato, facendo scorrere il tempo la pallina si muoverà e ci darà la variazione del suo stato.
Se questo sembra cervellotico... Il resto è anche peggio.
Ora, quando si analizza la cosa utilizzando gli strumenti della teoria quantistica dei campi si scopre che è possibile dare la stessa, identica descrizione definendo quella che si chiama un'algebra, in cui gli operatori (gli equivalenti delle nostre operazioni tipo più, meno, per, diviso) prendono il posto delle interazioni tra di esse. Ora, tanto per sgombrare il campo da possibili fraintendimenti, qui si sta parlando di rappresentazioni della realtà. I fisici si occupano solo di questo, lasciando la realtà ontologica ai teologi. Chiunque dica che le cose stanno in maniera diversa sta mentendo spudoratamente. Di conseguenza noi possiamo dire che il Modello Standard rappresenta la realtà come un'algebra in cui gli operatori sono le interazioni... Alt, strafalcione: il Modello Standard rappresenta i 3/4 della realtà come un'algebra in cui gli operatori sono le interazioni (c'è molto altro, ovviamente). La gravità, questa disgraziata, ne rimane fuori.
Esistono varie maniere in cui la gravità può essere rappresentata come un'algebra, cosa che in teoria permetterebbe con una certa facilità la riunificazione delle rappresentazioni in un unico modello funzionante. Peccato non funzionino. A parte l'espediente di scrivere un unico tomo diviso in due parti dal titolo "Modello Standard" e "Teoria della Gravità", completamente differenti, non esiste al momento un metodo univoco con cui rappresentare le quattro forze.
E, a questo punto, dopo quest'immensa masturbazione mentale che trascende i secoli, arriviamo al nostro buon Garrett. Il surfista matto, tra un'onda e l'altra - per la cronaca questa è una battutaccia ben poco felice vista la caratura del personaggio e della teoria proposta - ha elaborato un metodo per descrivere *tutte* e quattro le interazioni utilizzando una struttura algebrica denominata E8. La struttura in questione è un bel delirio (anche esteticamente). Entrare nei dettagli non è opportuno, richiede conoscenze ben al di là di quanto comunemente conosciuto. Tentando di spiegarla in termini semplici si può dire che si possono prendere pezzi di questa struttura (delle sezioni) e ritrovare, con un po' di conticini, tante cose che si trovano nei modelli precedenti. Si ritrova il Modello Standard, e fino a qui niente di male, e si ritrova anche una delle formulazioni in termini di teoria quantistica dei campi della Gravità.
Grandioso. Se la cosa funziona Garrett Lisi ha trovato la maniera di mettere insieme i quattro gemelli separati della Fisica Teorica moderna. Non solo: altre cose emergono dalla struttura di E8: prima tra tutti emerge il motivo per cui le forze fondamentali sono quattro, direttamente derivato dalla struttura algebrica di E8 stesso. Uno dei più grandi problemi del Modello Standard - il fatto che tale modello sia strettamente dipendente da una decina di costanti il cui valore dev'essere arbitrariamente determinato - viene risolto, in quanto tali costanti emergono anch'esse dalla geometria della struttura. Alcuni valori risultanti di costanti fisiche sembrano essere in accordo con i valori recentemente misurati, valori per i quali era abbastanza duro trovare una spiegazione.
Inoltre il modello di Lisi ha una proprietà spettacolare che la rende quasi la teoria scientifica ideale per qualunque teorico: prevede l'esistenza di una ventina di nuove particelle che potranno essere rilevata con il nuovo acceleratore in costruzione a Ginevra. Se queste particelle si trovano la teoria funziona. Se non si trovano... Bé, è stato un bel tentativo.
Non è tutto oro quello che luccica comunque: la teoria ha qualche serio problema. A onor del vero, a parte il titolo nel quale Lisi gioca sui doppi sensi (il gruppo E8 è un gruppo che ha le proprietà matematiche di essere un'algebra di Lie sia eccezionale che semplice, da qui gli aggettivi del titolo, mentre la definizione Teoria del Tutto è una battutaccia nei confronti dei fan della Teoria delle Stringhe, un'altra teoria accreditata come la più probabile candidata per la grande unificazione ma, allo stesso tempo, che comincia a mostrare la corda), il lavoro del fisico americano non è una teoria, per sua stessa ammissione: si tratta solo dell'esposizione, anche abbastanza stringata, di un'idea; la matematica retrostante sembra funzionare, e questo è il punto fatto notare più spesso da Lisi. Ci sono dei dubbi sul significato fisico di alcune operazioni da lui fatte, nello specifico il fatto che lui combina (somma) campi scalari, spinori e altre entità di tipo diverso con una certa disinvoltura. Lisi ha un ottima spiegazione matematica per questo, bisogna vedere se l'interpretazione fisica ha senso. La critica selvaggia è stata che è più o meno come sommare massa e frequenza, cosa che anche uno studente di liceo sa essere sbagliata. Ma bisogna dire che, limitandoci al significato fisico, in un ambito di Grande Unificazione un certo senso forse c'è. Altra critica: le sezioni adottate da Lisi per ottenere il Modello Standard e la Gravitazione sono un po' arbitrarie, la spiegazione fino ad adesso adottata è molto simile a "ho scelto queste sezioni perché sono quelle che funzionano". Ottima spiegazione, ma per una Teoria del Tutto si potrebbe chiedere un po' di più.
La critica più forte, comunque, riguarda la non osservanza di un teorema nono come teorema di Coleman-Mandula. Riportare questo teorema in due parole è quantomeno ostico. Ci provo lo stesso: il tipo di interazioni tra particelle, se lo spazio tempo è fatto in una certa maniera, può funzionare solo tra entità ben definite; il modello di Lisi viola questo teorema. C'è un'accesa discussione in corso riguardo a questo punto, che è veramente problematico anche solo descrivere, ma il punto fondamentale è che secondo molti fisici per il modello di Lisi questo teorema non dovrebbe applicarsi minimamente, in quanto l'universo descritto è di tipo diverso da quello richiesto dal teorema di Coleman-Mandula. Uno spazio in continua espansione (spazio di De Sitter), che tra l'altro sembra accordarsi con ciò che osserviamo.
La proposta di Lisi non è, comunque, una teoria completa, quanto una proposta per poter arrivare ad una teoria. Ci vorrà ancora molto lavoro, visto anche che il modello basato su E8 è un modello classico, in cui il tempo scorre in maniera uniforme (lo è anche il modello standard, comunque).
Le critiche qui esposte (non sono le uniche) sono tutte campi aperti, in cui in questo momento i fisici si sfidano con i coltelli sguainati. La maggior parte con bordate matematiche in grado di stendere giganti, un paio di individui anche con bassi metodi da forum; ho letto su una discussione la frase Un troll con un phD è solo un troll... E l'incazzatura dei fisici che si occupano di Teoria delle Stringhe è palpabile. Ma, nella peggiore delle ipotesi, l'esplosione di discussioni anche molto accese sta rendendo possibile un dialogo/scontro che, come ogni vero scienziato sa, è l'unica maniera possibile per far andare avanti la conoscenza.
Fiuuu... E' stata dura, lo ammetto. Un po' di riposo adesso, domani proverò a rileggere quanto ho appena scritto... E troverò che ho scritto un mucchio di incomprensibili fesserie...