Una giornata per l’annus mirabilis della fisica

Secondo la fisica classica, dovremmo cadere morti all’istante dalla radiazione emanata dal nostro stesso corpo, da una tazza di caffè caldo o addirittura da una cucchiaiata di gelato: qualsiasi oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto dovrebbe infatti emettere una quantità infinita di radiazione elettromagnetica. Il motivo per cui questa “catastrofe ultravioletta” non accade è stato uno degli enigmi che hanno portato un secolo fa all’abbandono dalla fisica classica, la quale aveva raggiunto una comprensione concettuale così consolidata che a molti giovani talenti veniva sconsigliato di studiare fisica, visto che non sembrava esserci posto per nuove scoperte. Ciononostante, l’imponente fallimento di una teoria è sempre difficile da accettare, anche quando esso coinvolge pochi “dettagli” – uno dei quali però minava la stabilità stessa della materia.

La catastrofe che non c’è

Per spiegare l’assenza di questa catastrofe ultravioletta, il fisico Max Planck ipotizzò che l’energia della radiazione fosse “quantizzata”, ovvero che consistesse di particelle non ulteriormente divisibili. Questa ipotesi fu avanzata nel 1900 ed è oggi considerata la nascita della fisica quantistica, l’inizio di un nuovo modo di concepire la realtà. Tuttavia Planck rimase uno scienziato conservatore che tentò di salvare la fisica classica da questa piccola modifica da lui stesso introdotta: purtroppo per lui, i quanti di energia portarono a una rivoluzione che ha lasciato poche pietre integre nell’apparentemente inespugnabile edificio della fisica. Uno dei primi a seguire le orme di Planck fu Einstein, che applicò l’idea dei quanti alla luce riprendendo una teoria che appariva superata, quella delle particelle di luce che poi presero il nome di “fotoni”.

Dalla teoria alla pratica

I fotoni sono oggi utilizzati nella criptografia quantistica per la trasmissione di messaggi cifrati: uno dei capisaldi della nuova teoria, il principio di indeterminazione dovuto a Werner Heisenberg, garantisce infatti che qualunque attacco di una spia curiosa possa essere rilevato. La meccanica quantistica ci dice che ogni osservazione lascia una traccia. Ironicamente, una delle applicazioni di questa nuova fisica microscopica è, oltre al laser e alla tomografia computerizzata, il famigerato e attesissimo, ancora non completamente realizzato “computer quantistico” che è capace di decifrare tutte le crittografie usate su Internet.

Il Premio Nobel in Fisica del 2022 è stato appunto assegnato ai ricercatori che hanno verificato sperimentalmente una straordinaria predizione della teoria quantistica legata al fatto che tutto sia universalmente connesso: le cosiddette particelle “entangled” possono mostrare comportamenti identici a grande distanza, anche se non possono in alcun modo comunicare. Questa intuizione risale al lavoro di John S. Bell negli anni Sessanta e secondo molti mette in dubbio la stessa comprensione della struttura dello spazio-tempo.

Il computer quantistico è sempre più spesso citato in congiunzione con l’intelligenza artificiale, un settore che si sta sviluppando a velocità vertiginose. Quest’ultimo ha la potenzialità non solo di invadere, trasformare e controllare la nostra vita quotidiana, ma offre anche nuove possibilità ad azioni ostili e belligeranti, tristemente già messo in evidenza dalle guerre in Ucraina e Palestina.

Ricordando il 1925

Alcuni elementi fondamentali, sia dal punto di vista concettuale che fondamentale, come la “meccanica delle matrici”, sono stati sviluppati nel 1925 dal già citato Heisenberg e da Paul Dirac e per i quali avrebbero poi ricevuto il Premio Nobel. Questo anniversario è sembrata l’occasione per una celebrazione non solo per l’Unesco, ma anche per i membri della “Facoltà indipendente di Gandria”, in collaborazione con il fisico e divulgatore scientifico Marco Femia e l’Università della Svizzera italiana: sabato 8 febbraio, a partire dalle 14, all’Auditorio dell’Usi, la fisica quantistica verrà spiegata attraverso lezioni pubbliche non specialistiche aperte a tutti gli interessati. Le lezioni saranno tenute da rinomati ricercatori in fisica quantistica provenienti dalla Svizzera, dall’Austria e dall’Italia.

L’evento è il terzo della serie “Filosofica Naturale Critica”. Il nome riflette il desiderio degli organizzatori di discutere non solo gli aspetti tecnico-matematici delle nostre teorie, ma anche gli effetti socio-politici delle tecnologie che da esse derivano. Questo parte dall’assunto che non esiste una posizione neutrale, né per la scienza né per alcuna delle nostre azioni. È con tale spirito di responsabilità in mente che diventa importante permettere a un vasto pubblico di formarsi un’idea consapevole sulle tecnologie future. L’indipendenza intellettuale di questo evento è riflessa anche dal fatto che non benefici di alcuna sponsorizzazione da parte di compagnie private.

Il programma

La giornata si aprirà alle 14 con i saluti del vicesindaco di Lugano Roberto Badaracco e di Piero Martinoli, ex presidente dell’Usi. La prima sessione di interventi vedrà la partecipazione di Jürg Fröhlich del Politecnico di Zurigo (“La rivoluzione quantistica nel 1925”), di Flavio Del Santo dell’Università di Ginevra (“Tra scienza e politica: la rinascita della meccanica quantistica in Italia”), di Luca Molinari dell’Università degli Studi di Milano (“La bellezza della luce”) e di Luigi Galgani, sempre dell’Università di Milano (“La legge di Planck e l’energia di punto-zero nel programma classico di Einstein”).

Alla seconda sessione parteciperanno invece Fabrizio Castelli (“Viaggio nel mondo dei quanti e nei misteri della meccanica quantistica”), Nicola Piovella (“La fisica degli atomi ultra-freddi: esperimenti e applicazioni”), Andrea Smirne (“Al cuore della meccanica quantistica: non località e disuguaglianze di Bell”), tutti dell’Università di Milano, e Maria Bondani dell’Università dell’Insubria (“Il futuro è quantistico: nuove tecnologie e domande aperte”).