Negli ultimi due secoli si sono alternate molte rappresentazioni dell'esistere intorno a noi che hanno cercato di darci una visione del tutto che fosse rispondente alle osservazioni scientifiche ed in particolare astronomiche.
L'universo però ha mostrato sempre più di avere una natura non immediatamente interpretabile e le varie concezioni che sono divenute di moda una dopo l'altra si sono mostrate parziali ed inesatte. Cosa ovvia visto il progredire delle conoscenze e della tecnologia che ci mettono a disposizione sempre nuovi dati da analizzare ed integrare in una visione unitaria. Si pensi alla lunga convivenza di due fondamentali concezioni dell'universo che ha caratterizzato buona parte del ventesimo secolo ovvero l'universo senza inizio e senza fine costituito da un equilibrio dinamico perfetto e l'universo nato dal Big Bang. Ambedue spiegavano l'osservazione astronomica della deriva delle galassie fatta da Hubble. Ambedue prevedevano la nascita della materia dal vuoto. Solo la scoperta della radiazione fossile ha fatto pendere decisamente la bilancia a favore del Big Bang che è oggi la teoria seguita dalla quasi totalità degli addetti ai lavori.
Un'altra disputa che ha tenuto banco a lungo era relativa alle dimensioni dell'universo. E' infinito o ha un termine?
Rispondere a questa domanda apparentemente semplice comporta una constatazione fondamentale: nessuna delle due risposte ha un significato immediato per l'uomo. Non possiamo immaginare un universo infinito ma neanche riusciamo a rappresentarci un universo con dei confini. Sembra che la nostra stessa mente cada in una sorta di stallo senza via d'uscita. E forse è proprio così.
Per cercare di sondare la natura dell'universo materiale dobbiamo dunque affidarci a strumenti concettuali che siano solidamente basati sulle osservazioni e a teorie che ci spieghino al meglio le stesse osservazioni ben consapevoli però che il risultato delle nostre ricerche ci presenterà sicuramente un quadro che avrà caratteristiche non ordinarie ne scontate. Caratteristiche che faremo fatica a visualizzare in modo chiaro e che ci descrivono una realtà che non si sottomette alle nostre percezioni ordinarie, figlie dell'ecosistema in cui si è sviluppato il genere umano.
La fisica relativistica ha costituito un'autentica rivoluzione nella visione dell'universo. Ci ha presentato un universo finito in cui spazio e tempo non sono più separabili. La costruzione teorica fatta da Einstein è complessa e di non facile rappresentazione ciononostante ci sono state tante e tali conferme scientifiche a suo supporto da presentarsi per molti versi come molto reale. Nella sua visione tetradimensionale sembra spiegare al di là di ogni ragionevole dubbio molti aspetti dell'universo. Nella concezione relativistica lo spazio ha tre dimensioni alle quali si aggiunge il tempo. Queste quattro dimensioni non sono separabili e realizzano un unico ente denominato spazio-tempo. La geometria dello spazio non è più quella euclidea. Esso può curvarsi sotto l'influenza di campi gravitazionali e ha dunque delle caratteristiche molto lontane dalla percezione ordinaria che noi abbiamo dello spazio. Come può una linea retta che ci separa da un oggetto alla portata della nostra vista essere in realtà curva? Perché la distanza più breve tra due punti non è più una semplice linea retta nelle tre dimensioni?
Anche il tempo mostra caratteristiche piuttosto lontane da ciò che solitamente diamo per scontato in base alla percezione intuitiva che ne abbiamo. Ad esempio può andare più o meno veloce a seconda dei campi gravitazionali a cui è sottoposto. Diversi sistemi inerziali (ad esempio due astronavi lanciate a velocità e direzioni diverse) hanno due sistemi temporali che non solo non sono in fase tra loro ma scorreranno a velocità diverse. Scompare il concetto di simultaneità. La velocità della luce nel vuoto diviene un limite invalicabile.
La fisica relativistica ha avuto tali e tanti successi da sembrare una concezione difficile da ampliare o da mettere in dubbio. La visione del mondo che ne deriva sembrava destinata a non essere confutabile e quasi esaustiva.
Al contrario di quanto ci si potesse aspettare però, nella seconda metà del secolo scorso la fisica quantistica ha dato una nuova spinta allo studio cosmologico che ha rivoluzionato ulteriormente le concezioni derivate dalla fisica relativistica. Si pensi solo alla teoria inflazionarla che attingendo alle basi della fisica quantistica ha modificato profondamente le nostre concezioni della nascita dell'universo arrivando a teorizzarne alcune caratteristiche precedenti al Big Bang e mostrando come l'enorme massa del nostro universo con tutto il suo ribollire di energia nasca da un vuoto privo di forma.
Oggi la nascita dell'universo descritta dalla teoria inflazionarla è quasi universalmente accettata e spiega piuttosto bene le prime fasi della crescita del cosmo fino ad arrivare a dare possibili spiegazioni del perché esistano le galassie e del perché la materia tende a condensarsi in stelle e pianeti piuttosto che essere sparsa in modo omogeneo ed amorfo nell'immensità dello spazio.
Ma il contributo della fisica quantistica ha rivoluzionato in modi ancora più profondi e sorprendenti la nostra visione del mondo.
Uno dei fenomeni che più ha sconcertato i ricercatori è quello denominato correlazione o entaglement. Nel mondo infinitamente piccolo delle particelle le relazioni tra i vari enti materiali o energetici assumono connotati molto lontani da quanto siamo abituati a vedere nel nostro universo ordinario. La stessa struttura della materia diviene un infinito spazio vuoto in cui sono comprese manifestazioni di energia e minuscoli pezzetti di materia sperduti in questa vastità priva di connotati riconoscibili. Le stesse particelle perdono la loro apparentemente innegabile natura materiale per manifestare un'ambivalenza singolare. Infatti è ormai dimostrato da molti decenni che qualsiasi particella può essere descritta come un ente materiale o come un'onda. Conseguentemente in condizioni appropriate esse possono manifestare un comportamento di particella o di energia. Ne è un esempio evidente la natura corpuscolare-ondulatoria della luce o lo stesso elettrone, che può essere visto come minuscolo pezzetto di materia dotato di massa e carica elettrica o come onda, denominata raggio beta.
Questa caratteristica è stata accettata praticamente da tutti abbastanza in fretta. In fondo lo stesso Einstein ha dimostrato l'equivalenza tra materia ed energia con le ben note conseguenze quali i reattori a fissione nucleare o le bombe atomiche. Altre proprietà di questo mondo quantistico però sono state mal accolte dal mondo accademico e sono state ferocemente combattute per decenni. Ad esempio la teoria prevede che particelle correlate possano comunicare istantaneamente tra loro anche a distanze molto grandi inviandosi messaggi a velocità infinita.
Einstein si schierò con grande decisione contro questa possibilità. Per cercare di demolirla escogitò assieme a dei suoi colleghi un paradosso logico che tendeva a dimostrare l'incompletezza di tale teoria. Tale paradosso è denominato paradosso EPR dai nomi dei più famosi oppositori della teoria quantistica Einstein, Poldosky, Rosen.
Prendiamo ad esempio una sorgente di elettroni ed immaginiamo che a seguito di una reazione nucleare questa sorgente emetta due elettroni correlati ma che devono necessariamente avere spin opposto. Possiamo immaginare lo spin come un movimento di rotazione dell'elettrone sul proprio asse, analogo al moto di rotazione della Terra. In apparenza non c'è niente di strano in questo esempio. Tranne che se applichiamo la teoria quantistica si manifestano fenomeni singolari. Secondo il principio di indeterminazione di Heisemberg non è possibile conoscere contemporaneamente la posizione e l'energia di una particella in quanto per poterla osservare ne dobbiamo modificare lo stato. Questo ha come conseguenza che una volta emessi i due elettroni sappiamo per certo che uno ruota da una parte e l'altro dall'altra ma non possiamo sapere quale dei due ruota verso sinistra e quale verso destra. Ancora una volta non c'è niente di strano in questa osservazione tranne che in realtà le cose potrebbero essere diverse da quanto ci immaginiamo. La nostra intuizione infatti ci farebbe pensare che una volta emessi i due elettroni abbiano già le loro caratteristiche di spin anche se noi non possiamo sapere quali siano fino a che non lo misuriamo. Facciamo un altro esempio. Immaginiamo che i due elettroni siano due biglie di vetro sparate a grande velocità dalla sorgente e che lo spin sia un colore che può essere o bianco o nero. Se una biglia è bianca l'altra deve essere necessariamente nera. Possiamo pensare che una volta sparate le biglie siano una bianca ed una nera e semplicemente noi non possiamo saperlo fino a che non ne fermiamo almeno una per verificarne il colore. Tutto è già stabilito. Le palline non hanno necessità di comunicare tra loro. Sfortunatamente le cose non funzionano così.
All'incirca nello stesso periodo in cui Einstein escogitò il suo paradosso un altro ricercatore, Schroedinger, concepì il concetto di indeterminatezza. L'assunto è semplice. Se noi non sappiamo quale spin abbia l'elettrone ovvero di che colore sia la biglia possiamo concepire che essa sia in uno stato indeterminato. Ovvero nessuno può asserire che le biglie abbiano veramente un colore stabilito. Il colore viene definitivamente assunto solo al momento della misura. Per spiegare visivamente questo concetto Schroedinger faceva un esempio. Sappiamo che in una scatola c'è un gatto ma non sappiamo se questo gatto sia vivo o morto. Ebbene egli affermava che il gatto non è ne vivo ne morto, resta in uno stato indeterminato fino a che non apriamo la scatola e ci guardiamo dentro. Solo allora il gatto sarà costretto ad assumere uno stato definito. Naturalmente questo assunto ha dato seguito a molte riflessioni. Che ruolo ha l'osservatore negli eventi? Cosa accade del gatto se nessuno apre la scatola? Per cercare di dare una risposta a tali quesiti ed a molti altri correlati sono state sviluppate almeno cinque diverse ipotesi sull'influenza dell'osservatore o della sua coscienza sugli eventi e sono stati versati fiumi di inchiostro. Quello che è certo è che nella fisica quantistica non è stato più possibile separare chi osserva da ciò che è osservato.
Ecco dunque che le cose si complicano. Torniamo alle nostre biglie colorate. Al momento in cui sono sparate nello spazio dalla nostra sorgente esse dunque non hanno un colore definito, sono in uno stato di indeterminatezza. Se vogliamo possiamo immaginare che abbiano un colore cangiante che passa da tutte le sfumature tra il bianco e il nero, mutando tutte le frequenze cromatiche. Solo al momento in cui le osserviamo esse assumeranno un colore definitivo, o bianco o nero. Però non dobbiamo dimenticare che le due biglie, o i due elettroni, sono correlate. Esse non sono indipendenti. Cosa succede dunque se ne osserviamo solo una? Se scopriamo ad esempio che la biglia 1 è bianca, o meglio se costringiamo la biglia 1 a diventare bianca con l'atto di osservarla, automaticamente avremo costretto con il 100% di probabilità la biglia 2 ad assumere il colore nero. Ma cosa succede se le due biglie sono molto distanti tra loro? Si scambiano messaggi a velocità infinita? O ancora peggio: viene infranto il principio di causalità?
E' evidente cosa fosse a disturbare tanto Einstein e colleghi. L'universo relativistico ne viene stravolto. Vengono teorizzate velocità infinite e scambio di informazione a tempo zero. Era troppo per lui che ne dedusse dunque che la teoria quantistica fosse incompleta e dunque che non descrivesse in modo esatto l'universo.
E' curioso osservare come ancora oggi, nonostante tutte le conferme ottenute a favore della fisica quantistica, molti scienziati siano come urtati ed offesi dalle conseguenze che ne derivano. Si schierano anche a distanza di decenni a difesa dell'ortodossia relativistica con un atteggiamento che è difficile non definire dogmatico. Perché? Vedremo più avanti una possibile risposta a questo atteggiamento quantomeno singolare.
Le cose sembravano essere giunte ad un punto morto. Da una parte ricercatori del calibro di Einstein cercavano con tutte le loro forze di confutare le conseguenze della fisica quantistica e dall'altro si moltiplicavano le conferme sperimentali a tale teoria che mostrava di essere feconda ed indiscutibilmente esplicativa di molteplici fenomeni.
Dopo un paio di decenni venne proposta una nuova concezione che poteva spiegare il fenomeno dell'entaglment. Ma questa concezione doveva sollevare più obiezioni ancora della possibilità di una comunicazione istantanea tra particelle. Essa descriveva la natura della realtà in modo tanto distante da quanto teorizzato fino ad allora da scatenare una vera e propria crociata scientifica in difesa dell'ortodossia. Crociata che continua ancora oggi.
Lo abbiamo già capito: si tratta della teoria olografica dell'universo.
Nei primi anni '50 un fisico di notevole spessore, David Bohm, elaborò la prima teoria olografica dell'universo. Per cercare di dare una spiegazione al singolare comportamento delle particelle correlate e per cercare nel contempo di evitare di infrangere i limiti della fisica relativistica che impongono che non sia possibile superare la velocità della luce Bohm fece un assunto piuttosto semplice, in realtà le particelle possono comunicare e sono correlate per un semplice motivo: esse non si sono mai separate. Riprendiamo l'esempio delle due biglie. Quando la sorgente le spara a grande velocità nello spazio noi abbiamo solamente l'illusoria percezione che esse si separino in realtà restano un ente unico correlato a livello non-locale. Oggi il concetto di non località assume sempre maggiore importanza nella descrizione degli eventi anche se purtroppo ci è quasi impossibile visualizzarlo. Questo semplicemente perché descrive delle proprietà dell'universo molto lontane dalla nostra percezione ordinaria.
Per spiegare il fenomeno Bohm ricorreva ad un esempio. Immaginiamo un acquario con un pesce. Immaginiamo di puntare due telecamere poste a 90° su questo pesce. Quando una lo riprende di fronte l'altra lo riprende di lato e via dicendo. Osservando le due telecamere potremmo dedurre che stiamo osservando due pesci diversi che curiosamente si muovono in modo completamente sincrono e coordinato. Potremmo interrogarci sul perché essi siano così coordinati. Potremmo chiederci quale principio scientifico fa si che i loro movimenti siamo perfettamente simultanei e come i due pesci possano comunicare tra loro a velocità infinita. Ma la realtà sarebbe diversa. Stiamo osservando lo stesso pesce da angolazioni diverse. Non sono eventi separati, restano un unico e singolo evento.
Estrapolando questo esempio a livello universale possiamo dedurre che le particelle non si separano, semplicemente sembrano separate a noi. Ma come è possibile? Significa che lo spazio che si frappone tra loro non esiste? Significa che le nostre percezioni sono tanto illusorie da presentarci una realtà che non esiste? Si. In effetti potrebbe significare proprio questo.
Secondo Bohm alle radici del nostro universo apparentemente tridimensionale esiste un universo sostanzialmente diverso di cui quello che noi osserviamo non è che una proiezione. Un enorme ologramma che crea l'illusione tridimensionale di tutto ciò che riusciamo a vedere. La teoria di Bohm ha una solida base matematica questo fa si che non sia possibile ignorarla, per lo meno a livello scientifico anche se essendo così rivoluzionaria viene di fatto rifiutata a livello divulgativo come una possibilità reale di spiegazione dell'universo. Di solito si dice che è una possibile teoria e si taglia corto sorvolando sugli aspetti più scottanti che tale teoria comporta.
Il nostro universo potrebbe essere un ologramma. Tutta la rappresentazione che noi abbiamo di esso potrebbe essere un'enorme illusione creata dalla nostra stessa natura di osservatori.
La realtà potrebbe essere molto, molto diversa da quello che noi pensiamo e percepiamo.
Negli anni '50 un altro ricercatore, John Bell, propose un esperimento che potesse dimostrare se il paradosso EPR fosse un vero paradosso o se invece fosse vera la posizione di Einstein e colleghi nel dedurre che la teoria quantistica fosse una teoria incompleta. Negli anni '80 uno scienziato francese Alain Aspect realizzò in pratica l'esperimento di Bell e dimostrò in modo incontestabile che il fenomeno della correlazione è reale e verificabile. Con il suo esperimento egli dimostrò infatti che le particelle correlate si possono in realtà influenzare a distanza e cambiarsi messaggi in modo misterioso e a velocità superiore a quella della luce.
Dopo circa cinquant'anni veniva dimostrato al di sopra di ogni dubbio che Eintein sbagliava e che la fisica quantistica descrive in modo più appropriato l'universo. L'esperimento è stato confermato negli anni '90 all'università di Innsbruck con uguale successo.
L'eperimento di Aspect di per se non costituisce una dimostrazione dell'universo olografico di Bohm. Di certo però questa concezione ne risulta rafforzata in quanto è una possibile spiegazione del comportamento singolare delle particelle correlate.
La cosa interessante è che proprio la teoria della relatività verrebbe salvata. Infatti Bohm, che ha collaborato per un certo periodo con Einstein a Princeton, cercava proprio di capire come dei messaggi inviati tra particelle potessero viaggiare a velocità infinita senza violare i principi di tale teoria.
Più tardi sono arrivate altre conferme alla natura olografica dell'universo.
Prima ad opera del fisico Bekenstein che partendo da osservazioni ed assunti completamente diversi è arrivato a teorizzare la natura olografica dell'universo. Questo scienziato asserisce che non è possibile dimostrare che l'universo ha reale natura tridimensionale. Anzi sembra proprio che si comporti come se la sua matrice sia bidimensionale.
La più recente teoria di universo olografico parte dalla natura delle iper-stringhe. Secondo tale teoria tutte le particelle possono essere descritte come una manifestazione di diversi stati di vibrazioni di un'unica forma base di materia- energia. Una super stringa che nel vibrare con diverse caratteristiche manifesta nell'universo ordinario tutte le particelle che possiamo osservare. La teoria matematica è complessa ma molto interessante. Quello che ci interessa ora però è il fatto che una nuova concezione di universo olografico può essere teorizzata a partire da essa. Addirittura si può spiegare come alcuni aspetti illusori di questo universo possano apparire molto concreti e reali, e stiamo parlando di cose come l'attrazione gravitazionale. Certo fa effetto parlare dell'attrazione di gravità come una conseguenza illusoria che diventa apparentemente reale solo in un contesto di universo olografico ma è bene ricordare che stiamo parlando di teorie scientifiche e solidamente basate sulla matematica e non di vane elucubrazioni fine a se stesse.
Ma perché l'ipotesi di un universo olografico urta così tanto molti scienziati? Probabilmente l'idea che al di sotto dell'universo che possiamo vedere ci sia una sorta di universo-base che realizza una proiezione in un certo qual modo illusoria del mondo che ci circonda risulta inaccettabile ai più.
Ma è davvero così alieno questo quadro?
Facciamo un parallelo. Quando noi guardiamo un albero non abbiamo dubbi su cosa succede. Stiamo guardando un oggetto reale e ne cogliamo i particolari, i colori, le dimensioni, la forma e tutte le altre caratteristiche che lo identificano. Ma in realtà cosa succede? La luce, che di per se è invisibile ai nostri occhi, viene riflessa dalla superficie esterna dell'albero. Ne viene riflessa portando con se informazioni su questa superficie. Il colore e tutte le altre caratteristiche vengono registrate sottoforma di intensità e lunghezza d'onda del fascio di luce riflesso. Quando questo fascio di luce colpisce la nostra retina ne attiva gli elementi sensibili che non sono altro che neuroni specializzati. Durante l'evoluzione dell'uomo questi neuroni si sono strutturati in modo da effettuare questo singolo compito: trasformare i raggi di luce carichi di informazioni in impulsi nervosi. Questi impulsi sono delle correnti elettrochimiche che viaggiando attraverso i neuroni del nostro cervello sono in grado di portare l'informazione ai centri nervosi adibiti alla loro codifica ed interpretazione, nel caso di impulsi visivi la corteccia occipitale detta corteccia calcarina.
Fermiamoci un attimo e ripetiamo. La luce si ferma alla retina, non entrerà mai nella nostra scatola cranica, cosa di cui sono sicuro siamo molto felici. Ciò che in realtà arriva ai centri cerebrali sono impulsi elettro-chimici, ovvero un qualcosa di sostanzialmente diverso dalla luce. Se cercassimo di entrare in relazione diretta con tali impulsi non potremmo in alcun modo renderci conto che recano un messaggio che noi codifichiamo come albero. Immaginiamo di mettere una mano in una cella elettrolitica. Potremmo sentire calore o ribollire di ioni e cariche elettriche ma non certo un messaggio visivo.
Pensiamo a poggiare la lingua su una batteria e percepirne la corrente elettrica, come può essere messa in relazione tale percezione con la nostra immagine di un albero? Non ci risulta completamente aliena e sostanzialmente diversa dall'immagine luminosa da cui siamo partiti?
Quando arriva ai centri nervosi superiori il nostro albero non è ancora un albero. E' una massa ordinata di informazioni ma non ancora organizzate. Ecco che i centri nervosi superiori codificano gli impulsi chimico-fisici trasportati dai nervi in una rappresentazione interna al nostro cervello che noi finalmente siamo in grado di identificare come il nostro albero. E' così difficile dire che l'albero che noi vediamo ha poco a che vedere la vera realtà dell'albero che ha riflesso la luce? E' così impensabile sostenere che la rappresentazione interna al nostro cervello ha poco a che vedere con la vera realtà della luce? Non possiamo asserire che la realtà che percepiamo non è che una enorme proiezione del nostro cervello?
Bene ma allora perché ci stupisce così tanto che l'universo che noi percepiamo sia una immensa rappresentazione olografica e che ciò con cui siamo in grado di relazionarci non è la struttura base dell'universo ma solo la sua proiezione? Al contrario, non sarebbe banale ritenere che le radici dell'esistenza debbano mostrare le stesse proprietà di quanto noi percepiamo di essa?
Ma forse la caparbia ostinazione nel rifiutare tali ipotesi viene supportata da persone che sono convinte che il creatore di tutto sia un vecchio con la barba bianca che non ha altro di meglio da fare che starsene seduto sul suo scranno a compiacersi della sua creazione.
Forse l'ovvietà di cui sono fautori ed assertori tali "scienziati" non è che un banale ed insulso tentativo di abbarbicarsi alle loro certezze percettive.
Poco importa se si deve sacrificare la possibilità di allargare la propria conoscenza e di ampliare la propria visione dell'esistenza.