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La poesia della scienza

 

L’equazione più seducente della scienza: la bellezza è uguale alla verità.

Nell’autunno del 1915, Albert Einstein, vivendo in mezzo a un disordine da scapolo di caffè, tabacco e solitudine a Berlino, fu vicino a scarabocchiare gli ultimi tocchi di una nuova teoria della gravità che aveva perseguito attraverso labirinti matematici e logici per quasi un decennio.

Ma prima doveva vedere cosa aveva da dire la sua teoria sul pianeta Mercurio, la cui enigma orbita attorno al Sole sfidava la correttezza newtoniana che aveva governato a lungo il cosmo e la scienza. Il risultato fu una specie di “boing” cosmico che gli cambiò la vita.

La teoria della relatività generale di Einstein, come era noto, descriveva la gravità come spazio-tempo deformato. Non aveva fattori di confusione, né quadranti da modificare.

Quando il calcolo inchiodò l’orbita di Mercurio, Einstein ebbe palpitazioni cardiache. Qualcosa dentro di lui si spezzò, riferì in seguito, e qualunque dubbio avesse nutrito riguardo alla sua teoria si trasformò in ciò che un amico chiamava “selvaggia certezza”. “Più tardi disse a uno studente che sarebbe stato “un male per Dio”, se la teoria fosse stata successivamente smentita.

L’esperienza fece molto per convincere Einstein che la matematica poteva essere una linea telegrafica per Dio, e trascorse gran parte del resto della sua vita in una ricerca sempre più astratta e in ultima analisi infruttuosa di una teoria unificata della fisica.

Raro infatti è lo scienziato che non è mai stato sedotto dalla bellezza delle sue equazioni e sbalordito da ciò che e stato definito  una volta “l’efficacia irragionevole della matematica” nel descrivere il mondo.

“La cosa più incomprensibile sull’Universo è che è comprensibile”, ha detto Einstein.

La matematica è il linguaggio della fisica, ma è il linguaggio di Dio?

Chi era il più grande poeta di lingua inglese del XX secolo?

Secondo me , il fisico teorico Paul Dirac, poeta onorario vincitore della fisica moderna.

È uno status che merita pienamente per la sua straordinaria capacità di scrivere equazioni fondamentali: le poesie della scienza. Mentre la poesia utilizza combinazioni di parole molto cariche, le equazioni sono le descrizioni più succinte dell’aspetto della realtà che descrivono. Il poema più famoso di Dirac gli ha permesso di predire con successo l’esistenza dell’antimateria, un trionfo che il suo collega, il pioniere quantistico Werner Heisenberg, giudicò essere il risultato supremo della fisica del 20 ° secolo.

Dirac, nato nel 1902, credeva che le teorie fondamentali della fisica abbiano una bellezza matematica. Qualcosa di diverso dal concetto soggettivo di bellezza nell’arte. Non è una questione di opinione. E qualcosa di matematicamente bello rimane così ovunque e per sempre.

Dirac aveva una fede “quasi religiosa” secondo cui le leggi fondamentali della natura hanno questa bellezza. Questa filosofia di lavoro, insieme ai suoi risultati straordinariamente riusciti, lo hanno reso il padrino della fisica fondamentale.

Con quello che potrebbe essere descritto come un pragmatismo tipicamente inglese, Dirac ha trasformato l’estetismo in uno strumento pratico (abbastanza adatto per qualcuno che ha studiato come ingegnere).

Invece di cercare di risolvere i problemi, il suo lavoro è stato una lunga ricerca della “bella matematica” che sta alla base del funzionamento dell’Universo. Una volta disse che buona parte del suo lavoro consisteva nel “semplicemente esaminare le quantità matematiche che i fisici usano e cercare di adattarle in un modo interessante, indipendentemente da qualsiasi applicazione il lavoro possa avere”. È un po ‘come cercare di scrivere una poesia assemblando le parole in un ordine attraente e poi vedendo se si legge come poesia.

Dirac scoprì la sua bella equazione nel 1927, quando era un ragazzo di 25 anni al college di St John, a Cambridge. Combinando la teoria quantistica con la teoria della relatività speciale, ha spiegato in modo sensazionale la rotazione dell’elettrone (osservata sperimentalmente due anni prima), così come il suo magnetismo. Ma l’equazione aveva un altro asso nella manica.

Dopo tre anni di studio delle proprietà sconcertanti dell’equazione, concluse nel 1931 che prevedeva una nuova particella che aveva esattamente la stessa massa dell’elettrone ma la carica elettrica opposta. Un anno dopo, in California, lo sperimentatore Carl Anderson scoprì una particella con esattamente queste proprietà tra le docce di raggi cosmici che piovevano dallo spazio.

Dirac e Anderson inizialmente non sapevano nulla dell’altro lavoro, ma quando i risultati furono pubblicati fu chiaro che Anderson aveva inconsapevolmente rilevato il primo esempio di ciò che divenne noto come “antimateria”. La cosmologia moderna ci dice che all’inizio del Big Bang c’era quasi tutta questa antimateria della materia comune o del giardino.

Quindi Dirac, per gentile concessione della sua equazione, era stato il primo a intravedere quello che una volta era quasi la metà dell’Universo materiale, di cui il resto dell’umanità non aveva idea fino a quando non li ha lasciati entrare nel segreto.

La sua strategia estetica produsse un’altra previsione affascinante nel 1931 quando, dopo aver perseverato con alcune equazioni matematicamente belle, predisse un altro nuovo tipo di particella, il monopolo magnetico.

Di solito pensiamo che i poli nord e sud si trovino in coppia, ma Dirac ha prodotto equazioni che suggeriscono l’esistenza di una particella con un singolo polo. Nessuno ha ancora osservato una tale particella, ma questa idea è stata a lungo parte del pensiero all’avanguardia sulle teorie fondamentali. Il suo rilevamento sarebbe un colpo di stato postumo.

Il suo lavoro e il suo stile di fare fisica teorica rimangono fortemente influenti nella moderna teoria delle stringhe. Secondo questa teoria, ogni cosa è fondamentalmente costituita da minuscoli pezzi di spago, ciascuno lungo circa un milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di centimetro. In questa immagine, le particelle fondamentali, come elettroni e quark, sono in realtà pezzi di stringhe vibranti, troppo piccoli per essere visti. Sebbene non sia emerso un singolo esperimento a sostegno di questa teoria, la sua struttura matematica ha una bellezza irresistibile per i teorici delle stringhe. È questa bellezza che porta così tanti teorici a credere che la teoria sia troppo bella per essere sbagliata. Dirac ne sarebbe stato orgoglioso.

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