Einstein, Schrödinger, Heisenberg e altri scienziati che assistettero
alla nascita della meccanica quantistica agli inizi del XX
secolo suonarono finalmente le campane a morto per la meccanica
newtoniana. La meccanica classica non era in grado di spiegare
il comportamento delle "particelle elementari"; era necessario
sviluppare una nuova matematica.
In questa matematica ci sono concetti come lo "spazio delle
fasi" nel quale un sistema è definito come un punto che ha
come gradi di libertà delle coordinate e dove giocano un ruolo
significativo degli "operatori", entità incompatibili con
grandezze algebriche, nel senso che sono più simili ad operazioni
che a grandezze nel senso stretto del significato (infatti
esprimono rapporti piuttosto che proprietà fisse), Anche la
probabilità gioca un ruolo importante, ma nel senso di "probabilità
intrinseca"; questa è una delle caratteristiche essenziali
della meccanica quantistica. Infatti i sistemi della meccanica
quantistica devono essere interpretati come sovrapposizione
di tutte le possibili traiettorie che si possono percorrere.
I quanti si possono definire solo come un insieme di rapporti
tra il loro stato "reale" e quello "virtuale"; in questo senso
sono puramente dialettici. Misurare queste particelle in un
modo o in un altro ci porta solo a scoprire il loro stato
"reale", il che è solo un aspetto dell'insieme (questo paradosso
viene spiegato a livello divulgativo con il racconto del "gatto
di Schrödinger"). Viene chiamato "collasso della funzione
d'onda" ed è espresso dal principio dell'indeterminazione
di Heisenberg. Questo modo completamente nuovo di osservare
la realtà fisica, spiegato dalla fisica quantistica, fu tenuto
in "quarantena" per molto tempo dalle altre discipline scientifiche.
Veniva considerato come una specie di meccanica eccezionale,
da usare solo per spiegare il comportamento delle particelle
elementari, l'eccezione alla regola della meccanica classica,
considerato quindi priva di qualsiasi importanza.
Al posto delle certezze di una volta ora regnava l'indeterminatezza.
I movimenti apparentemente casuali delle particelle subatomiche,
con le loro velocità inimmaginabili, non si potevano spiegare
nei termini della vecchia meccanica. Quando una scienza entra
in un vicolo cieco, quando non è più in grado di spiegare
i fatti, si prepara il terreno per una rivoluzione e per l'emergere
di una nuova scienza.
Tuttavia una nuova scienza nella sua forma iniziale non è
ancora completamente sviluppata. Solo dopo un certo periodo
emerge nella sua forma finale e completa. Inizialmente sono
praticamente inevitabili un certo grado di improvvisazione
e interpretazioni diverse e spesso contraddittorie.
Negli ultimi decenni si è aperto un dibattito tra la cosiddetta
interpretazione "stocastica" ("casuale") della natura e quella
determinista. Il problema fondamentale sta nel fatto che la
necessità e il caso vengono trattati come opposti assoluti,
che si escludono a vicenda. Così facendo si arriva a due punti
di vista opposti, nessuno dei quali è sufficiente a spiegare
l'opera complessa e contraddittoria della natura.
Il fisico tedesco Werner Heisenberg sviluppò una sua versione
particolare della meccanica quantistica. Nel 1932 ricevette
il premio Nobel per la fisica per la sua elaborazione della
"meccanica delle matrici" che descriveva
i livelli di energia delle diverse orbite degli elettroni
puramente in termini numerici senza far ricorso alle figure.
Così facendo sperava di superare i problemi causati dalla
contraddizione tra "particelle" e "onde" abbandonando qualsiasi
tentativo di visualizzare il fenomeno e trattandolo puramente
come un'astrazione matematica. La meccanica ondulatoria di
Erwin Schrödinger si occupava esattamente dello stesse cose
di cui si occupava la meccanica delle matrici di Heisenberg,
ma senza il bisogno di ritirarsi nel mondo dell'astrazione
matematica assoluta. La maggior parte dei fisici preferirono
l'approccio di Schrödinger, che sembrava molto meno astratto,
non senza ragione. Nel 1944 il matematico ungano-americano
John von Neumann dimostrò che la meccanica ondulatoria e la
meccanica delle matrici erano equivalenti matematici e potevano
rendere gli stessi risultati.
Heisenberg fece alcuni importanti passi in avanti nella meccanica
quantistica. Tuttavia, tutto il suo approccio era permeato
da un desiderio di imporre alla nuova scienza la propria forma
particolare di idealismo filosofico. Da ciò nacque la cosiddetta
"interpretazione di Copenaghen" della meccanica quantistica.
In realtà si trattava di un tipo di idealismo soggettivo,
velatamente camuffato come scuola di pensiero scientifico.
lsaac Asimov avrebbe scritto che "Werner Heisenberg, in Germania,
sollevò un problema profondo, che proiettava le particelle,
anzi la stessa fisica, quasi nel regno dell'inconoscibile".
E' questa la parola giusta. Qui non stiamo parlando dello
sconosciuto, che è sempre presente nella scienza. Tutta
la storia della scienza è storia del passaggio dallo sconosciuto
al conosciuto, dall'ignoranza alla conoscenza. La difficoltà
seria nasce quando si confonde lo sconosciuto con l'inconoscibile;
c'è una differenza fondamentale tra le espressioni "non sappiamo"
e "non possiamo sapere". La scienza parte dal concetto fondamentale
che il mondo oggettivo esiste e lo possiamo conoscere. Ciò
nonostante, in tutta la storia della filosofia ci sono stati
ripetuti tentativi di porre un limite alla conoscenza umana,
di affermare che ci sono certe cose che per un motivo o per
l'altro "non possiamo conoscere". Kant, per esempio, dichiarava
che possiamo solo conoscere le apparenze, ma non le Cose-in-sé.
Con ciò stava seguendo le orme dello scetticismo di Hume,
dell'idealismo soggettivo di Berkeley e dei sofisti greci:
che non possiamo conoscere il mondo.
Nel 1927 Werner Heisenberg propose il suo celebre "principio
dell'indeterminazione", secondo il quale è impossibile determinare
esattamente e nello stesso istante sia la posizione che la
velocità di una particella. Quanto più esattamente si determina
la posizione di una particella, tanto meno esattamente si
può sapere la velocità, e viceversa (questo vale anche per
altre coppie di proprietà specifiche). La difficoltà di stabilire
esattamente posizione e velocità di una particella che viaggia
a 8.000 km al secondo in varie direzioni è ovvia. Tuttavia,
dedurre da ciò che a livello generale il principio di causa/effetto
(causalità) non esiste è un'asserzione totalmente falsa.
Egli si chiese: come possiamo determinare la posizione di
un elettrone? Guardandolo. Ma guardarlo con un potente microscopio
significa colpirlo con una particella di luce, un fotone.
Dato che la luce si comporta come una particella, essa modificherà
inevitabilmente la quantità di moto della particella sotto
osservazione. Dunque, anche solo osservandolo lo si cambia.
Il disturbo sarà imprevedibile e incontrollabile, dato che
(almeno secondo l'attuale teoria quantistica) non c'è modo
di sapere o di controllare in anticipo l'angolo esatto con
cui il quanto di luce verrà diffuso nella lente. Ottenere
una determinazione esatta della posizione richiede l'uso di
luce ad onde corte, la quale trasferisce all'elettrone una
quantità di moto grande ma imprevedibile ed incontrollabile.
Invece per ottenere una determinazione precisa della quantità
di moto occorrono quanti di luce con una bassissima quantità
di moto (e dunque ad onde lunghe), il che comporta un angolo
di diffrazione largo e dunque una cattiva definizione della
posizione. Quanto più esattamente viene definita la posizione,
tanto meno esattamente si può definire la quantità di moto,
e viceversa.
Possiamo dunque risolvere questo problema sviluppando nuovi
tipi di microscopi elettronici? Secondo la teoria di Heisenberg
no. Dato che tutta l'energia è in forma di quanti e tutta
la materia si comporta sia come onda che come particella,
qualsiasi tipo di dispositivo che usiamo sarà dominato da
questo principio di indeterminazione. In verità, il termine
indeterminazione è inesatto, dato che non si afferma solo
che non possiamo essere precisi per i problemi di misurazione.
La teoria implica che tutte le forme della materia sono
indeterminate a causa della loro stessa natura. Come dice
David Bohm nel suo libro Causality and Chance in Modern
Physics (La causalità e il caso nella fisica moderna):
Così
la rinuncia alla causalità nell'interpretazione usuale della
teoria quantistica non si dovrebbe considerare semplicemente
come un risultato della nostra incapacità di misurare i valori
esatti delle variabili che dovrebbero entrare nell'espressione
delle leggi causali al livello atomico, ma piuttosto come
conseguenza del fatto che non esistono tali leggi.
Invece di vederla come un aspetto speciale della
teoria quantistica in una particolare fase del suo sviluppo,
Heisenberg presentò l'indeterminazione come legge fondamentale
ed universale della natura e suppose che tutte le altre leggi
della natura avrebbero dovuto adeguarsi ad essa. Questo è
totalmente diverso dall'approccio della scienza in passato,
quando essa si trovava di fronte a problemi legati a fluttuazioni
irregolari ed a movimenti casuali. A nessuno viene in mente
l'idea che sia possibile determinare il movimento esatto di
una singola molecola di gas, o prevedere tutti i dettagli
di un particolare incidente stradale. Ma mai prima si era
fatto un serio tentativo di dedurre da questi fatti l'inesistenza
della causalità in generale.
Eppure dal principio dell'indeterminazione siamo invitati
a trarre proprio questa conclusione. Successivamente scienziati
e filosofi idealisti hanno sviluppato il concetto per cui
a livello generale la causalità non esiste, vale a dire che
non esistono causa ed effetto; la natura viene presentata
come una cosa totalmente senza causa in cui tutto succede
a caso. L'intero universo diventa imprevedibile. "Non possiamo
essere certi" di niente.
Invece,
si presume che in qualsiasi esperimento, il risultato
esatto che si otterrà sarà totalmente arbitrario
nel senso che non ha nessun rapporto con qualsiasi altra cosa
che esista al mondo o che sia mai esistita (David Bohm
Causality and Chance in Modern Physics pagg. 86 87).
Questa posizione è la negazione totale, non solo
della scienza, ma del pensiero razionale in generale. Se non
ci sono causa ed effetto, diventa impossibile non solo prevedere
qualsiasi cosa, ma anche spiegarla; ci dobbiamo limitare solo
a descrivere ciò che c'è. Anzi, non possiamo fare nemmeno
questo, dato che non possiamo neanche essere sicuri dell'esistenza
di qualsiasi cosa al di fuori di noi stessi e dei nostri sensi.
Questo ci riporta di nuovo alla filosofia dell'idealismo soggettivo.
Ci ricorda il ragionamento dei filosofi sofisti della Grecia
antica: "Non posso conoscere niente sul mondo. Se posso conoscere
qualcosa non lo posso capire. Se lo posso capire non lo posso
esprimere".
Il "principio dell'indeterminazione" in realtà rappresenta
la natura altamente elusiva del movimento delle particelle
subatomiche, che non possono essere sottomesse al tipo di
equazioni e misurazioni semplicistiche della meccanica classica.
Il contributo di Heisenberg alla fisica è indubbio. Si mettono
in discussione invece le conclusioni filosofiche che ha tratto
dalla meccanica quantistica. Il fatto che non siamo in grado
di misurare con esattezza la posizione e la quantità di moto
di un elettrone non implica minimamente che non ci sia oggettività.
Il pensiero soggettivo permea la cosiddetta scuola di Copenaghen
della meccanica quantistica. Niels Bohr arrivò perfino a dichiarare
che "è sbagliato pensare che il compito della fisica sia scoprire
come è la natura. La fisica riguarda solo ciò che possiamo
dire su di essa".
Il fisico John Wheeler sostiene che "nessun fenomeno è un
vero fenomeno finché non diventa un fenomeno osservato". E
Max Born elabora la stessa filosofia soggettivistica con assoluta
chiarezza:
Alla
generazione a cui apparteniamo io, Einstein e Bohr è stato
insegnato che esiste un mondo fisico oggettivo, che si sviluppa
secondo leggi immutabili indipendenti da noi; osserviamo questo
processo come il pubblico che segue un'opera teatrale. Einstein
ancora crede che dovrebbe essere questo il rapporto tra l'osservatore
scientifico ed il suo soggetto (Ferris Thimoty, The World
Treasury of Phisics, Astonomy, and Mathematics, pagg. 103
e 106).
Qui non si tratta di una valutazione scientifica,
ma di un'opinione filosofica che rispecchia un determinato
modo di vedere il mondo, l'idealismo soggettivo, che permea
tutta l'interpretazione di Copenaghen della teoria quantistica.
Alcuni eminenti scienziati, e questo dice molto a loro favore,
si opposero a questo soggettivismo che si contrappone a tutto
il metodo e al punto di vista scientifici. Tra questi c'erano
Einstein, Max Planck, Louis de Broglie ed Erwin Schrödinger,
i quali hanno giocato un ruolo nello sviluppo della nuova
fisica almeno tanto importante quanto quello di Heisenberg.
L'oggettività contro il soggettivismo
Indubbiamente l'interpretazione di Heisenberg della fisica
quantistica era fortemente influenzata dalla sua visione filosofica.
Già da studente Heisenberg era stato un idealista cosciente,
e ammetteva di essere stato particolarmente colpito dal
Timeo di Platone (l'opera in cui l'idealismo di Platone
viene espresso nel modo più oscurantista) mentre combatteva
nelle fila del reazionario Freikorps contro i lavoratori
tedeschi nel 1919. Successivamente dichiarò di essere "molto
più interessato alle idee filosofiche che al resto" e che
era necessario "liberarsi dell'idea di processi oggettivi
nel tempo e nello spazio". In altre parole l'interpretazione
filosofica di Heisenberg era lontana dall'essere il risultato
oggettivo della sperimentazione scientifica. Era chiaramente
legata alla filosofia idealista, che egli applicava coscientemente
alla fisica e che determinava la sua visione.
Questo tipo di filosofia va contro non solo alla scienza ma
a tutta l'esperienza dell'umanità. Non solo manca di qualsiasi
contenuto scientifico, ma risulta anche perfettamente inutile
in pratica. Gli scienziati che di regola preferiscono tenersi
lontani dalla speculazione filosofica, fanno un piccolo inchino
cortese verso Heisenberg e poi semplicemente continuano la
loro opera di investigazione della natura e delle sue leggi,
dando per scontato non solo che esiste, ma anche che funziona
secondo leggi definite, incluse quelle di causa ed effetto,
le quali, con un certo sforzo, possono essere capite perfettamente
e perfino previste dagli uomini. Le conseguenze reazionarie
di questo idealismo soggettivistico si vedono nell'evoluzione
di Heisenberg stesso. Egli giustificò la sua collaborazione
attiva coi nazisti in base all'idea che "non vi sono generali
linee guida cui potersi attenere. Dobbiamo decidere da noi,
e non possiamo sapere in anticipo se faremo bene o male".
Dal canto suo Erwin Schrödinger non negava l'esistenza di
fenomeni casuali nella natura in generale o nella meccanica
quantistica. Egli menziona specificamente l'esempio della
combinazione casuale delle molecole di DNA nel momento del
concepimento di un bambino, dove giocano un ruolo le caratteristiche
quantistiche del legame chimico. Tuttavia, fece obiezione
all'interpretazione standard di Copenaghen sulle implicazioni
dell'esperimento delle "due fessure", per cui le onde di probabilità
di Max Born implicavano che si doveva rinunciare all'oggettività
del mondo, cioè all'idea che il mondo esista indipendentemente
dalla nostra osservazione.
Schrödinger ridicolizzò l'affermazione di Heisenberg e Bohr
secondo cui quando un elettrone o un fotone non viene osservato,
"non ha posizione" e si materializza ad un determinato punto
come conseguenza dell'osservazione. Per contrastarla concepì
un noto "esperimento del pensiero": prendete un gatto e mettetelo
in una scatola con una fiala di cianuro. Disponete anche un
contatore Geiger che, nel momento in cui segnala il decadimento
di un atomo, fa scattare un meccanismo per cui la fiala si
rompe. Secondo Heisenberg l'atto di osservare un evento determina
l'evento stesso - in questo caso il decadimento dell'atomo.
Dunque, finché qualcuno non apre la scatola e guarda dentro,
secondo gli idealisti, il gatto non è né morto né vivo! Con
questo aneddoto Schrödinger intendeva sottolineare le contraddizioni
assurde che si venivano a creare se si accettava l'interpretazione
idealista soggettivistica di Heisenberg della fisica quantistica.
I processi nella natura si svolgono oggettivamente, siano
osservati o no da esseri umani.
Secondo l'interpretazione di Copenaghen, la realtà esiste
solo quando la osserviamo. Altrimenti esiste in una specie
di limbo, o "stato di sovrapposizione di onde di probabilità",
come il nostro gatto vivo-e-morto. L'interpretazione di Copenaghen
traccia una linea di distinzione netta tra l'osservatore e
l'osservato. Alcuni fisici, basandosi sull'interpretazione
di Copenaghen, concludono che la coscienza deve esistere e
che l'idea della realtà materiale senza coscienza sia impensabile.
Questo è esattamente il punto di vista dell'idealismo soggettivistico
a cui Lenin diede una risposta esauriente nel suo libro
Materialismo ed empirio-criticismo.
Il materialismo dialettico parte dall'oggettività dell'universo
materiale, che conosciamo attraverso la percezione sensoriale.
"Interpreto il mondo attraverso i miei sensi." Questo è evidente,
ma il mondo esiste indipendentemente dai miei sensi. Anche
questo è evidente, ma non lo è per la filosofia borghese moderna!
Uno dei filoni principali della filosofia del XX secolo è
il positivismo logico, che nega precisamente l'oggettività
del mondo materiale. Per essere più precisi, considera che
la questione dell'esistenza o no del mondo sia irrilevante
e "metafisica". Il punto di vista idealista soggettivistico
è stato completamente minato dalle scoperte della scienza
del XX secolo. L'atto di osservazione vuol dire che i nostri
occhi ricevono energia da una fonte esterna nella forma di
onde luce (fotoni). Questo fu spiegato chiaramente da Lenin
nel 1908-9:
Se
il colore è una sensazione soltanto in quanto dipende dalla
retina (come vi costringono a riconoscere le scienze naturali),
allora i raggi della luce producono la sensazione del colore,
in quanto cadono sulla retina. Ciò significa che al di fuori
di noi, indipendentemente da noi e dalla nostra coscienza,
esiste un movimento della materia, diciamo, onde dell'etere
di una determinata lunghezza e di una determinata velocità
che, agendo sulla retina, producono nell'uomo la sensazione
di un determinato colore. Questo è precisamente il modo con
cui vedono le cose le scienze naturali. Esse spiegano le varie
sensazioni di questo o quel colore con la differente lunghezza
delle onde luminose, esistenti al di fuori della retina umana,
al di fuori dell'uomo, indipendentemente da esso.
Proprio questo è il materialismo: la materia, agendo sui nostri
organi sensori, produce la sensazione. La sensazione dipende
dal cervello, dai nervi, dalla retina, ecc. ecc., cioè dalla
materia organizzata in un modo determinato. L'esistenza della
materia non dipende dalle sensazioni. La materia è primaria.
La sensazione, il pensiero, la coscienza sono il prodotto
più elevato della materia organizzata in un determinato modo.
Queste sono le concezioni del materialismo in generale e di
Marx ed Engels in particolare (Lenin, Materialismo ed empirio-criticismo,
Opere complete Vol. XIV, pag. 52).
Il carattere idealista soggettivistico del metodo
di Heisenberg è alquanto esplicito:
La
nostra situazione attuale nel campo della ricerca in fisica
atomica è generalmente questa: desideriamo capire un determinato
fenomeno, desideriamo conoscere come questo fenomeno si deduce
dalle leggi generali della natura. Dunque, quella parte della
materia o della radiazione che partecipa al fenomeno è l'oggetto
naturale nel trattamento teorico e andrebbe separato dagli
strumenti utilizzati per studiare il fenomeno. Questo sottolinea
ancora una volta un elemento soggettivo nella descrizione
di eventi atomici, dato che lo strumento di misurazione è
stato costruito dall'osservatore e dobbiamo ricordare che
ciò che osserviamo non è la natura in sé ma la natura così
come viene rivelata dal nostro metodo di indagine. La nostra
opera scientifica nella fisica consiste nel fare domande sulla
natura nel linguaggio che possediamo e nel tentare di ottenere
una risposta dalla sperimentazione coi mezzi a nostra disposizione
(Ferris Thimoty, The World Treasury of Phisics, Astonomy,
and Mathematics, pag. 95-96).
Kant costruì una barriera impenetrabile tra il
mondo delle apparenze e la realtà "in sé". Ma Heisenberg va
più in là. Non parla solo della "natura in sé", ma sostiene
perfino che non possiamo conoscere quella parte della natura
che è osservabile, dato che la cambiamo con lo stesso atto
di osservazione. Così facendo Heisenberg tenta di abolire
del tutto il criterio dell'oggettività scientifica. Purtroppo,
molti scienziati che negherebbero sdegnati l'accusa di misticismo
hanno assimilato senza critiche le idee filosofiche di Heisenberg,
semplicemente perché non sono disposti ad accettare la necessità
di un approccio filosofico coerentemente materialista verso
la natura.
Tutta la questione sta nel fatto che le leggi della logica
formale non sono valide oltre certi limiti. Questo vale sicuramente
per i fenomeni del mondo subatomico dove i principi di identità,
di contraddizione e del terzo escluso non si possono applicare.
Heisenberg difende il punto di vista della logica formale
e dell'idealismo, e dunque arriva inevitabilmente alla conclusione
che i fenomeni contraddittori a livello subatomico non possono
essere compresi affatto dal pensiero umano. La contraddizione
non sta però nei fenomeni osservati a livello subatomico,
ma negli schemi mentali antichi ed inadeguati della logica
formale. I cosiddetti "paradossi della meccanica quantistica"
sono precisamente questo. Heisenberg non accetta l'esistenza
delle contraddizioni dialettiche e dunque preferisce ricorrere
al misticismo filosofico: "non possiamo conoscere", e così
via.
Qui ci troviamo di fronte ad una specie di gioco di prestigio
filosofico. Il primo passo è quello di confondere il concetto
di causalità con il vecchio determinismo meccanico proposto
da Laplace e altri. I limiti di questa scuola di pensiero
sono stati spiegati e criticati da Engels nella Dialettica
della natura. Le scoperte della meccanica quantistica
distrussero finalmente il vecchio determinismo meccanico.
I tipi di previsioni fatti dalla meccanica quantistica sono
alquanto diversi da quelli della meccanica classica. Eppure
la meccanica quantistica continua a fare previsioni e ne ottiene
risultati esatti.
Tratto da "La rivolta della ragione" di
Alan Woods & Ted Grant
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i testi attinenti a questo argomento: