Fisica, intuizione, paradossi: perché ciò che è vero spesso non si vede

No, non parlerò del paradosso dei gemelli o dei fantomatici tachioni; neanche delle stranezze alla Interstellar vicino a un buco nero. Vorrei solo far notare come molti progressi nelle basi della fisica e dintorni siano paradossali nel senso di controintuitivi. “Credo solo a ciò che vedo” ho sentito dire tante volte. Bene: se mi guardo intorno, tutto mi fa pensare che la Terra sia piatta e immobile e il Sole ci giri attorno, che non esistano azioni a distanza, che un oggetto si fermi se non continuo a spingerlo.

Invece già Eratostene sapeva che la Terra è una grossa palla e ne poteva misurare il raggio; certo non pensava che cose e animali agli antipodi cascassero nel vuoto, quindi aveva senz’altro superato un concetto di “sopra” e “sotto” universali. Eraclito aveva capito che la Terra ruota su se stessa eppure noi non veniamo spazzati via dalla sua superficie.

Ci siamo abituati, forse, al Principio d’Inerzia: “un corpo non soggetto a forze rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme” e ne abbiamo avuto riprove nelle trasmissioni dalla Stazione Spaziale. Ma come diavolo fece Galileo a immaginarlo? Capisco bene i filosofi naturali di quel tempo, a cui i suoi esperimenti in ambiente controllato apparivano come violenze alla Natura, non una sua genuina osservazione.

La massa è quella grandezza che ci dice come un corpo reagisce a una forza: è il fattore di proporzionalità fra la forza e l’accelerazione che il corpo subisce, ci dirà Newton; se per esempio abbiamo due oggetti A e B dotati della stessa carica elettrica, ma con la massa di A doppia di quella di B, una stessa forza elettrostatica fa accelerare A la metà di B. Ma Galileo intuì un fatto impressionante: la massa è anche una sorta di “carica gravitazionale”; senza l’attrito dell’aria due oggetti di masse diverse cadono con la stessa accelerazione! (Anche qui mi chiedo come l’abbia capito, visto che a quel tempo l’esperimento era impossibile.) È grazie a questo dato di fatto che Newton poté enunciare la legge di gravitazione universale; questa poi faceva storcere il naso: l’azione a distanza fra due corpi, senza un mezzo materiale che trasmettesse la forza, appariva pertinente più alla sfera magica che alla fisica. Questa strana coincidenza di massa inerziale e massa gravitazionale è alla radice di un’altra conquista di cui si parla molto in questi giorni (anche qui: 1, 2, 3): la relatività generale.

Ma restringiamoci alla relatività speciale. Se un treno va a 50 Km/h e un nostro amico che c’è sopra lancia una palla a 100 Km/h verso la testa del treno, per noi che siamo a terra qual è la velocità della palla? Facile: 150 Km/h, no? Tutto bene, è la composizione dei moti già nota al solito Galileo. Peccato che, se al posto della palla c’è la luce, questa regola non valga: la velocità della luce è la stessa per tutti gli osservatori. Come se la nostra palla andasse a 100 sia per il nostro amico sia per noi! Questo è l’assioma paradossale, il primo colpo di genio di Einstein.

Già che ci siamo: cos’è “relativo” nella relatività? La simultaneità. Il tempo assoluto è un’illusione. Due eventi lontani che sono contemporanei per me che sto fermo non lo sono per un osservatore che passi di qui a velocità non nulla; un sasso, che cade su Marte adesso nel mio tempo, per il tempo di certi osservatori veloci è già caduto, per altri deve ancora cadere (ma dobbiamo tutti aspettare qualche minuto per saperlo).

Chiudo accennando all’altro scossone dato dal XX secolo alla nostra intuizione: la fisica dei quanti. Sarebbe lungo anche solo enunciare il Principio d’Indeterminazione di Heisenberg e descrivere come, insieme alla “matematica del caos”, ha infranto i sogni deterministici dell’Ottocento. Mi limito a dire che la meccanica quantistica sconvolge il nostro comune senso dell’esistenza di un oggetto. Con bau (o bubu) settete ci siamo convinti, da bimbi, di una Legge di Conservazione della Mamma: anche se si nascondeva, lei continuava ad esistere con lo stesso naso e gli stessi occhi. Invece Schrödinger ci ha rivelato – e lo si può verificare sperimentalmente – un comportamento paradossale a scale molto piccole: fra il bau dell’emissione e il settete della cattura di un fotone (per esempio da parte della nostra retina) o di un elettrone, esso è solo un’onda di ampiezza di probabilità.

I miei post sui paradossi matematici sono qui: I e II. Dato che questa volta mi sono avventurato in un territorio non mio, sarò molto grato ai fisici presenti per correzioni e precisazioni.