Matteo Locatelli, "La teoria dei loop"

Presento, in questo post, il lavoro di approfondimento che Matteo Locatelli, studente di eccellenza, ha  portato all'esame di maturità di quest'anno presso il Liceo scientifico "Salvador Allende" di Milano, esame che Matteo ha superato brillantemente.

Si tratta di un riuscitissimo, a mio avviso, tentativo di conciliare la semplicità e la chiarezza nella trattazione (che Matteo è riuscito a mantenere anche nell'esposizione orale di apertura del colloquio d'esame) con la scelta di un argomento irto di difficoltà ed intrinsecamente complesso. Il pregio di questo testo è anche nella volontà di tenere insieme due punti di vista: quello scientifico (che qui ha giustamente il peso maggiore) e quello filosofico. Quando si affronta il tema delle strutture profonde della realtà, la fisica, la metafisica e la filosofia della scienza sono chiamate a collaborare. Mi azzarderei addirittura a dire che i fisici sono spinti a fare anche, almeno un po', i metafisici – Carlo Rovelli, il punto di riferimento scelto da Matteo Locatelli, ne è un esempio concreto – e i filosofi devono confrontarsi inevitabilmente con gli scienziati.

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Riporto, di seguito, l'Introduzione e l'Indice.

INTRODUZIONE

A partire dall’inizio del Novecento, le nostre conoscenze sulla fisica teorica, e di conseguenza sulla nostra idea di come è fatto il mondo, furono stravolte da due grandi teorie rivoluzionarie: la relatività generale di Albert Einstein e la teoria della meccanica quantistica. La prima ha rimodellato i nostri concetti di spazio, tempo e gravità, sostituendosi alla fisica newtoniana, dandoci una nuova e potente visione del cosmo, come mai ne avevamo avute fino ad allora. La seconda invece, rimpiazzando la meccanica classica, ha stravolto in maniera radicale la nostra comprensione sulla materia e l’energia. Entrambe queste teorie, nel corso degli anni, sono state confermate innumerevoli volte da altrettanti esperimenti e ad oggi sono diventate, l’una, la base della cosmologia e l’astrofisica, l’altra, il punto di partenza della fisica atomica, nucleare e particellare.

Fra le due teorie ci sono però molti punti divergenti, in contrasto tra loro. Le due teorie non possono essere entrambe corrette, almeno non nel modo in cui vengono formulate fino ad oggi, perché sembrano, nelle loro radici, contraddirsi a vicenda. Per questo motivo molti fisici teorici negli ultimi decenni, ed ancora oggi, si stanno dedicando al campo della fisica teorica chiamato gravità quantistica con l’obiettivo di trovare una sintesi capace di offrire una visione coerente del mondo, compatibile con il sapere raggiunto, all’interno della quale la meccanica quantistica e la relatività generale possano essere comprese in modo non contraddittorio.

Questa sintesi viene definita “teoria del tutto” in quanto riesce a conciliare tutte le nostre conoscenze fisiche e a darci una visione totale sul mondo. Esistono però diverse linee di studio che hanno portato alla formulazione di diverse teorie ipotetiche, sulle quali è concentrato l’interesse della ricerca. Fra queste, le più accreditate sono senza dubbio la teoria delle stringhe e la teoria dei loop che, a causa di diverse caratteristiche, sono considerate incompatibili. Per esempio, un nodo centrale per la teoria delle stringhe, assente nella teoria dei loop, è l’esistenza della supersimmetria, una estensione del modello standard delle particelle elementari in cui tutte le particelle avrebbero una corrispondente super particella, di massa maggiore, che attraverso diversi esperimenti specifici non sono state trovate, indebolendo la teoria alle radici.

Per questo motivo, la teoria della gravità quantistica a loop, per molti fisici, tra cui l’italiano Carlo Rovelli, uno dei massimi ricercatori mondiali nell’ambito, al cui libro La realtà non è come ci appare (Raffaello Cortina 2014) mi ispiro per questo lavoro, rappresenta ad oggi la teoria più vicina a raggiungere l’obiettivo finale della teoria del tutto.

INDICE

Introduzione

Relatività generale

Il ragionamento del genio

Tessuto spaziotemporale

L'universo

Meccanica quantistica

Nascita della teoria: la natura è granulare

La realtà è relazione

Il mondo non è determinabile

Campi = particelle

La visione relazionista

Un problema logico-metafisico

Franca D'Agostini: una "metafisica ragionevole"

Mauro Dorato: il "realismo scientifico"

LA TEORIA DEI LOOP

Il preludio della teoria

Lo spazio non è continuo

La nascita dei loop

Grani di spazio

Il grafo

Reti di spin

Ci sono quanti e quanti

Il tempo non esiste

La vera natura del tempo

Una "fisica senza tempo"

Spinfoam

Applicazioni fisiche della teoria

Il Big Bounce

I buchi neri secondo i loop

Risoluzione delle divergenze

La fine dell'infinito

Il mondo dei loop - Conclusione

Fonti