Teoria della relatività e abbandono del determinismo

In base ai risultati sperimentali, non si può più dubitare che la fisica atomica si svilupperà nella direzione a noi oggi nota; eppure non si è riusciti finora a formulare matematicamente le leggi secondo cui sono costituite le particelle elementari. Questo è appunto il problema cui stanno attualmente lavorando i fisici sia sperimentalmente, scoprendo nuove particelle ed indagandone le proprietà, sia teoricamente, sforzandosi di collegare secondo certe leggi e di trascrivere in formule matematiche le proprietà delle particelle elementari.
Nel corso di questi tentativi sono sorte difficoltà a proposito del concetto di tempo. Quando ci si occupa degli urti delle particelle elementari ad altissima energia, bisogna tener conto della struttura spazio-temporale della teoria della relatività ristretta. Nella teoria quantistica dell'involucro atomico questa struttura spazio-temporale non aveva una parte molto importante, in quanto gli elettroni dell'involucro si muovono relativamente adagio. Ora, invece, si ha a che fare con particelle elementari che si muovono con velocità quasi pari a quella della luce ed il cui comportamento può quindi venir descritto solo con l'ausilio della teoria della relatività ristretta. Einstein ha scoperto che la struttura dello spazio e del tempo non è affatto così semplice come noi la si può immaginare nella vita quotidiana. Se designiamo come passati tutti quegli eventi di cui noi, almeno teoricamente, possiamo sapere qualcosa e come futuri tutti quegli eventi su cui, almeno teoricamente, possiamo esercitare un'azione, l'idea di spazio e di tempo da noi accettata ci induce a credere che, tra questi due gruppi di eventi, stia solo un istante infinitamente breve che possiamo chiamare l'istante presente. Questa era anche l'idea che Newton aveva posto alla base della sua meccanica. Dopo la scoperta einsteiniana, avvenuta nel 1905, si sa invece che, tra quel che si chiama futuro e quel che si chiama passato, giace un lasso di tempo finito la cui estensione temporale dipende dalla distanza spaziale tra l'evento e l'osservatore. Il campo del presente non è quindi limitato ad un istante temporale infinitamente breve. La teoria della relatività ammette che gli effetti non possano propagarsi con velocità superiore a quella della luce. Ora questo principio della teoria della relatività, posto in rapporto con le relazioni di indeterminazione della teoria dei quanti, ingenera delle difficoltà. Secondo la teoria della relatività, gli effetti possono estendersi solo nel campo spazio-temporale, che è rigorosamente delimitato dal cosiddetto cono della luce, cioè dai punti spazio-temporali che vengono raggiunti da un'onda luminosa partente dal punto agente. Questo campo spazio-temporale è quindi rigorosamente delimitato. D'altra parte, nella teoria dei quanti si è constatato che una rigorosa determinazione della posizione e, quindi, anche una rigorosa delimitazione spaziale, ha come conseguenza una indeterminazione infinita della velocità e perciò anche dell'impulso e dell'energia. La conseguenza pratica di questo fatto è che, nel tentativo di una formulazione matematica dell'interazione delle particelle elementari, si presentano sempre valori infiniti per l'energia e l'impulso, che impediscono una soddisfacente formulazione matematica. Intorno a queste difficoltà si sono svolte negli ultimi anni molte ricerche. Non si è però ancora riusciti a darne una soluzione del tutto soddisfacente. Come unico rimedio sembra, per il momento, offrirsi l'ipotesi che, in piccoli domini spazio-temporali dell'ordine di grandezza delle particelle elementari, spazio e tempo si dissolvano in modo tutto particolare, in modo tale, cioè, che, in tempi così piccoli, gli stessi concetti, prima o poi, non si possano più esattamente definire. Nel mondo macroscopico è naturalmente escluso che avvenga qualche cambiamento riguardo alla struttura spazio-temporale, ma bisognerebbe tener conto della possibilità che da esperimenti sui processi in piccolissimi domini spazio-temporali risulti che certi processi decorrono apparentemente nella direzione temporale inversa a quella corrispondente alla loro successione causale. A questo punto, quindi, i più recenti sviluppi della fisica atomica sono di nuovo in stretta connessione col problema della legge di causalità. Naturalmente, per il momento non è ancora possibile stabilire se mai sorgeranno nuovi paradossi o divergenze dal principio di causa. Non è escluso che nuove possibilità di aggirare le predette difficoltà si aprano nel tentativo di formulare matematicamente le leggi delle particelle elementari. Già fin d'ora, però, sembra si possa dire con sicurezza che le conquiste conseguite su questo punto dalla più recente fisica atomica penetreranno ancora una volta attivamente nel campo filosofico. La risposta definitiva alle questioni or ora poste si potrà dare solo quando si sarà riusciti a stabilire matematicamente le leggi di natura nel campo delle particelle elementari; quando cioè si saprà, per esempio, perché il protone pesi proprio milleottocentotrentasei volte più dell'elettrone.

Da ciò si comprende che la fisica atomica si è sempre più venuta allontanando dalle idee del determinismo: in un primo tempo, fin dagli inizi della teoria atomica, si sono concepite le leggi determinanti dei processi in campo macroscopico come leggi statistiche; certo allora l'idea del determinismo è stata teoricamente conservata, ma si è praticamente tenuto conto della nostra conoscenza incompleta del sistema fisico; successivamente, nella prima metà del nostro secolo, si è compreso che la conoscenza incompleta dei sistemi atomici è, per principio, una componente della teoria; infine, negli ultimissimi anni, ci si è accorti che, in tempi e spazi piccolissimi, il concetto della successione temporale sembra divenire problematico, quantunque ancora non sia possibile dire come un giorno questi enigmi verranno risolti.  



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