La fisica, apparentemente così lontana dalla vita quotidiana, influenza invece la nostra concezione del mondo: teorie diverse sono correlate con diversi modi di considerare noi stessi e l’ambiente che ci circonda. Così la fisica di Newton e Galileo ha raffigurato l’Universo come un grande orologio, un meccanismo comprendente anche l’uomo, considerato un ingranaggio privo di reale libertà. Invece la rivoluzione scientifica del Novecento ha reso vivente il cosmo e ha attribuito all’uomo e alla sua mente un nuovo significato e un ruolo unico e centrale

 Come ha scritto Paul Davies, fisico inglese di notevole prestigio, “sono due le grandi rivoluzioni che hanno determinato la nascita della nuova fisica: la teoria dei quanti e la teoria della relatività”. (1)

Si trattò infatti di un radicale sconvolgimento rispetto al panorama della vecchia fisica classica, anche se molte profonde implicazioni vennero comprese solo in seguito.

La comunità scientifica non si trovò di fronte ad un nuovo passo sulla linea delle precedenti teorie di carattere generale, come era avvenuto più volte nel XIX secolo. Agli inizi del Novecento, invece, avvenne un cambiamento di piano, un radicale ribaltamento nel significato stesso di numerosi termini scientifici (spazio, tempo, massa ecc.): si configurava una diversa gestalt conoscitiva, un nuovo modo di percepire il mondo. Per comprendere meglio tale salto qualitativo crediamo opportuna una breve rivisitazione storico-scientifica dei fondamenti e dei principi della fisica classica. Se vogliamo indicare date e padri fondatori, dobbiamo risalire alla seconda metà del XVI secolo, ricordando in primo luogo Francesco Bacone (1561-1626) e Galileo Galilei (1564-1642). Questi due studiosi, come i loro successori posti sulla stessa linea di pensiero, rifiutavano in blocco, senza alcuna discriminazione o selezione, il sapere scientifico precedente, di impronta aristotelica, screditato principalmente dai mediocri “discepoli” dello stagirita, le cui idee più feconde e valide erano spesso incomprese o trascurate.

Da Bacone la scienza moderna ha ereditato l'impostazione razionale del metodo sperimentale, empirico, ma in una accezione particolare che, a ben vedere, risulta tipica di una certa scienza di impronta prometeica, cioè contraddistinta da un sottofondo “duro” di superbia, bramosia di dominio della natura, disprezzo per l'armonia del cosmo. Così, secondo Bacone, l'investigazione del mondo fisico va condotta quasi nei termini di un processo per stregoneria: al fine di estorcere alla natura i suoi segreti, questa deve essere resa “schiava”, “costretta a servire” “messa in ceppi”, cioè torturata senza rispetto né limiti.

 Anche se con una terminologia meno enfatica, ancora oggi non pochi in ambito scientifico esprimono analoghe idee, strettamente legate ad una visione tecnocratica della società. La stessa utopia che sostiene le biotecnologie, con la loro frenetica attività manipolatoria degli organismi viventi, potrebbe trovare alcune anticipazioni nel pensiero di Bacone.

Da parte sua Galilei, a cui dobbiamo la legge della caduta dei gravi, oltre ai ben noti studi di astronomia, asserì che il compito della scienza consiste nell’analisi quantitativa della natura, per cui egli supportò ogni sperimentazione con un apparato matematico. In tale concezione, riveste valore di realtà solo ciò che può venire tradotto in numeri (nel loro significato di misura, non quindi simbolico, come nel pitagorismo): masse, movimenti, forze, ecc. Il resto, cioè i colori, i suoni, i sapori, gli odori, secondo Galilei, non essendo quantificabili, mancano di interesse per la scienza, in quanto semplici proiezioni della mente umana. Lo studioso pisano operava, così, una riduzione del mondo fisico ad apparato di formule matematiche, escludendo tutto ciò che gli risultava privo dei requisiti per venire misurato. In tal modo, però, espelleva l'esperienza qualitativa dall’ambito del discorso scientifico. Anche il concetto di “causa”, in senso moderno, ossia lineare, unidirezionale, deterministico-meccanico risale a Galilei: egli operò una semplificazione radicale rispetto all'aristotelismo, che considerava sia la causa efficiente (deterministica), sia la causa finale.

 Altri due grandi studiosi ai quali si deve l’edificazione della fisica moderna sono Renato Cartesio (1596-1650) e Isacco Newton (1642-1727).

Il primo formulò la cornice concettuale della scienza del Seicento, cioè il disegno dell'universo come una Grande Macchina. Proseguì sulla via del matematicismo di Galilei (metodo analitico) e impostò i termini della separazione netta fra Io e natura (soggetto e oggetto), tra anima (res cogitans) e materia (res extensa).

Il cosmo e tutti i viventi venivano assimilati a ciechi meccanismi, scomponendo così il creato in una somma di frammenti slegati, privi di vera vita. Cartesio attribuiva all'uomo, come sua specificità, il possesso dell’anima, ridotta però a pallido fantasma. Ecco dove troviamo le basi del moderno dualismo. L 'idea della natura come organismo vivente veniva sostituita sempre più con quella di macchina regolata da leggi deterministiche, da dominare senza limiti etici. Se vogliamo, le origini culturali dell’attuale disastro ecologico sono rintracciabili qui: infatti di fronte alla terra vista come madre e nutrice, si mantiene rispetto, non così di fronte a un sistema inanimato, che si può manipolare e sfruttare a piacere, come ha notato tra gli altri Carolyn Merchant.

Con Newton, autore delle leggi della gravitazione universale, vengono infine enunciate le regole che governano la Grande Macchina, l'Orologio Cosmico. Lo spazio tridimensionale vuoto costituisce la scena newtoniana in cui si svolgono gli eventi fisici, la cui successione viene registrata dal tempo che scorre uniformemente: spazio e tempo sono due a priori oggettivi, assoluti, indipendenti l'uno dall'altro.

La Ruota del tempo (monastero di Paro Dzong) pittura che esprime il modello buddhista dell'universo. Si notino le analogie con le moderne raffigurazioni dell'atomo. Nel simbolismo del dipinto i colori oro, rosso, blu chiaro e blu scuro, rappresentano i quattro elementi (aria, fuoco, acqua, e terra)) di cui ogni cosa è composta. I dodici cerchi, che richiamano le orbite degli elettroni, rappresentano i dodici mesi dell'anno.

Tali eventi fisici sono costituiti dal movimento di particelle materiali, solide e indistruttibili, dotate di una precisa posizione e di una ben definita grandezza, gli atomi, intesi in senso molto simile a quello del pensiero democriteo, nella Grecia classica. Per analizzare questa realtà omogenea, priva di elementi qualitativi, Newton elaborò il calcolo differenziale. Per obiettività storica andrebbe però aggiunto che lo scienziato inglese era una figura estremamente complessa, nel cui pensiero si trovano anche molti elementi concettuali propri all’alchimia. Infatti dalle ricerche di Betty Jo Teeter Dobbs e di altri studiosi sappiamo che iniziò a interessarsi d’alchimia circa all’età di venticinque anni, continuando fino alla morte. I suoi appunti sull’alchimia probabilmente costituiscono il 70% del totale dei scritti a lui riferibili. Newton non era comunque un alchimista, ma un’intellettuale con un’ottima conoscenza dell’argomento, tanto che possedeva i principali trattati d’alchimia allora noti. Non è questa la sede per analizzare tale duplicità, cioè la coesistenza tra un sapere almeno formalmente ancora “tradizionale” e un tipo di pensiero scientifico “moderno”. Possiamo limitarci a supporre che egli assunse le conoscenze alchemiche in un’ottica più esteriore (materiale) che interiore (spirituale), più formale che sostanziale, perdendo di vista, così, l’aspetto “vivente” e organico della natura che traspare dall’alchimia intesa in senso completo e integrale. Naturalmente è solo un’ipotesi che andrebbe approfondita e confrontata con quella sostenuta da altri, propensi a ritenere invece che il “meccanicismo” sia più un frutto dei suoi seguaci e continuatori che del suo reale pensiero, il cui significato andrebbe quindi “ripensato”.

 Parlando delle idee di Bacone, Galileo, Cartesio e Newton abbiamo delineato lo scenario meccanicista, che sostanziò anche il positivismo ottocentesco, di fronte al quale si venne a trovare la nuova fisica.

 In una sequenza organica i principi della scienza meccanicista potrebbero essere così riformulati in sintesi: un rigoroso determinismo, fondato su una causalità lineare e unidirezionale; un atomismo “statico” costituente la materia universale; la separazione essenziale sia tra osservatore e natura, cioè soggetto e oggetto, sia fra gli elementi del cosmo costituiti da masse "chiuse", sottoposte a forze esterne (molteplicità meccanica); lo spazio e il tempo intesi come contenitori vuoti, categorie assolute e universali, indipendenti dagli eventi fisici e dall'osservatore; una fenomenologia fisica continua, sempre misurabile tra un massimo e un minimo, senza disomogeneità né salti. In altre parole nei vari fenomeni, secondo tale concezione, vengono occupati, almeno una volta, tutti i livelli intermedi.

 Sperimentalismo “violento”, matematicismo riduzionista e scomposizione dei sistemi complessi nei loro elementi, studiati poi l'uno separatamente dall'altro, costituiscono la controparte metodologica di questo quadro, nel quale il tutto viene sempre spiegato attraverso le parti, ritenute ontologicamente precedenti e fondamentali. Sotto il profilo gnoseologico, da un lato riscontriamo una ingenua fiducia sul valore assoluto dell’esperienza empirica (il “senso comune”), dall'altro un disarmante ottimismo circa la possibilità di dominare la natura e di prevedere gli eventi fisici futuri, in base alla conoscenza di leggi deterministiche.

Il telescopio costruito da Newton

 Osserva Davies che, secondo la pretesa della meccanica newtoniana, sarebbe possibile teoricamente “predire con la massima esattezza tutto ciò che accadrà fondandoci su quanto sappiamo in ogni istante dato. Tra causa ed effetto esiste un rapporto rigido; ogni fenomeno, dall'infimo fremito di una molecola all'esplosione di una galassia, è esattamente determinato da tempi immemorabili. In base a una meccanica così concepita, Pierre de Laplace (1749-1827) poté dichiarare che, se si potesse conoscere la posizione e il moto di ogni particella dell'universo in un determinato istante, si disporrebbe di tutte le informazioni necessarie per calcolare tutta la storia passata e futura dell'universo stesso” (2). In questa prospettiva, inoltre, venne poi attaccato alla base lo stesso concetto di ”libero arbitrio”, incompatibile con un mondo meccanicamente predeterminato. Alle soglie del XX secolo questo edificio teorico, che per molti doveva essere eterno, cominciò a scricchiolare seriamente. La fisica classica mancava di una spiegazione globale all'altezza dei tempi, di fronte alle sfide lanciate dai nuovi dati acquisiti nel campo della meccanica e della elettrodinamica. Ad esempio, il comportamento dei segnali luminosi sembrava contraddire il principio per cui ogni moto uniforme non può che essere relativo.

 Fu Albert Einstein che, con la teoria della relatività ristretta, enunciata nel 1905, risolse il problema, applicando il principio di relatività anche ai segnali luminosi. Vi era una implicazione di notevole rilievo: infatti Einstein asserì che il tempo si comporta come un elastico, poiché viene contratto o allungato dal movimento. In pratica, ad esempio, se una persona potesse viaggiare ad altissime velocità rallenterebbe di molto il trascorrere del tempo rispetto al suo normale fluire sulla terra, cosicché egli si troverebbe molto presto, alla fine del suo viaggio, in un'epoca assai lontana nel futuro. Naturalmente qui si parla di velocità oggi solo teoriche, in quanto il punto di riferimento è costituito dalla velocità della luce: approssimandoci a tale valore, la deformazione del tempo aumenta. Tutto ciò naturalmente risulta assurdo nell’orizzonte statico della fisica classica. Altrettanto si può affermare per lo spazio, anch'esso divenuto elastico nella teoria di Einstein: infatti lo spazio si accorcia quando il tempo si dilata.

Tale distorsione reciproca deriva dalla trasformazione dello spazio, che si contrae, nel tempo, che si allunga (un secondo equivale a 300.000 km).

Inoltre Einstein, con la famosa equazione E = mc², che fa da corollario alla teoria della relatività, pose la rivoluzionaria equivalenza tra energia (E) e massa (m), legate da un preciso rapporto in presenza di una costante (c), la velocità della luce, al quadrato. Un corpo che si muove a velocità prossime a quelle della luce accresce la sua massa per effetto dell'energia che gli è propria: in definitiva la materia racchiude energia condensata, "Può essere considerata una forma di energia imprigionata" (3). Quindi la materia può rilasciare energia, mentre quest'ultima può creare materia.

Successivamente Einstein, includendo la gravitazione, formulò la teoria generale della relatività.

 Qui la gravità non è più una forza, come ritenuta in precedenza, ma diviene una deformazione della geometria dello spazio-tempo, per cui lo spazio risulta “curvo” e non "piatto", provocando distorsioni sia spaziali che temporali, in modo direttamente proporzionale. La grande sintesi di meccanica, elettrodinamica e gravità aveva rivoluzionato i parametri di base del macrocosmo newtoniano.

Il “buon senso” della fisica precedente vacillava di fronte al cronotopo relativista, per il quale il tempo costituisce la quarta dimensione dello spazio: l'universo statico di “pieni” e “vuoti”, di contenitori e contenuti cominciava a cedere il passo a un inquietante cosmo plastico e dinamico, in cui i soggetti del passato vedevano sovvertiti i loro significati e i loro ruoli.

 Un altro gravissimo colpo fu inferto, come si è detto, dalla teoria quantistica; frutto del lavoro collettivo di fisici del calibro di W. Heisenberg, L. de Broglie, M. Planck, E. Schrödinger, N. Bohr, P. Dirac, W. Pauli, M. Born, lo stesso Einstein, ecc.

Mentre la teoria della relatività si riferisce ai fenomeni del macromondo, la meccanica quantistica rivolge la sua attenzione al micromondo, cioè alla fisica delle particelle (si pensi che l'atomo ha un diametro di un centesimo di milionesimo di centimetro). Essa nacque appunto dalla necessità di possedere un modello valido per spiegare il comportamento degli atomi, la cui attività risultava ormai problematica e oscura nell'orizzonte teorico newtoniano. La meccanica quantistica, a parte la sua rivoluzionaria filosofia implicita, ha dimostrato di possedere anche notevoli ricadute pratiche, nel campo della tecnologia, avendo permesso la creazione dei superconduttori, del microscopio elettronico, dell’energia nucleare, dei laser e dei transistor. Essa ha introdotto ufficialmente nella scienza il concetto di imprevedibilità, almeno nel micromondo.

Venne demolita la concezione classica dell'atomo, paragonato ad un sistema planetario, con il nucleo al centro, come il sole, e gli elettroni circolanti attorno, su orbite fisse, al pari dei comuni pianeti.

Tycho Brahe nel suo laboratorio.