Sono riportate qui di seguito due citazioni
dal capitolo terzo (Le "regole del gioco" dell’Occidente e il divenire accogliente della mente) e dal capitolo quinto (Un brillante new tono. "Note" per una epistemologia accogliente) del libro: La mente accogliente. Tracce per una svolta antropologica, Roma 1991.
di Federico La Sala
[...] Per l’Occidente tutto e non solo, il tempo - concepito come una linea che proiettata all’infinito
s’incurva e diventa cerchio - avvolge, tenendolo fermo, lo (...)

Scienza. Aver stabilito la sua velocità ha mutato l’idea di misura

Onda e corpuscolo: una natura duale termometro delle stelle

di Massimo Inguscio *

P er la scienza la luce è conoscenza: viviamo in un mondo di luce, «vediamo» ciò che ci circonda e grazie alla luce proveniente da galassie lontane conosciamo l’universo. La stessa «comprensione» della natu ra della luce è andata di pari passo con lo sviluppo della scienza.

Cominciamo con la sua velocità: intuita come finita da Galileo nei Discorsi del 1638, misurata con tecniche sempre più raffinate nel corso dei secoli, è la massima possibile secondo la relatività ristretta di Einstein, tra l’altro un limite invalicabile alla velocità di trasmissione dell’informazione.

Quasi quarant’anni fa la determinazione «esatta» della velocità della luce ha reso obsoleto il metro come «campione indipendente» di lunghezza riportan dolo alla misura del tempo, circa tre miliar desimi di secondo, impiegato dalla luce per percorrerlo.

La velocità finita ci ha permesso di misu rare la distanza Terra-Luna con precisione quasi millimetrica e ci fa «vedere» in ritardo costituenti lontani nell’universo. Questo permette una sorta di viaggio a ritroso nel tempo che ci aiuta a comprendere se i no stri atomi e molecole sono esattamente gli stessi da miliardi di anni.

Ma cosa è la luce? Newton la descriveva fatta di corpuscoli di colori diversi, ma ci sono fenomeni come i colori cangianti delle bolle di sapone che si spiegano solo con una teoria ondulatoria. Si tratta di oscilla zioni di campi elettrici e magnetici che si ottengono a partire dalle equazioni di Ma xwell, elegantissime come tutte quelle che descrivono le leggi fondamentali della Fisi ca.

Onda o corpuscolo?

Si usa sentir parlare di dualismo, in effet ti si tratta di due aspetti diversi che si mani festano a seconda dei fenomeni che si os servano: la realtà fisica è quella che ci risulta dagli esperimenti. La soluzione è nel fotone, il «pacchetto d’onda» introdotto con lo sviluppo della meccanica quantistica. Un fascio di luce più o meno intenso è costitui to da tante o poche «ondine» elettromagne tiche oscillanti (i vostri occhi ne stanno intercettando milioni di miliardi ogni se condo) e il colore dipende da quanto rapide sono appunto le oscillazioni.

In un fotone «blu» la frequenza è più alta che in un foto ne «rosso», un po’ come succede per un suono acuto rispetto a uno basso. Attenzione però, la luce si propaga anche nel vuoto e attraversando spazi siderali la luce è uno speciale termometro per le stelle: il «bianco» è dato da una distribuzione continua che dipende solo dalla temperatu ra.

È la stessa legge universale ricavata da misure precise in laboratorio la cui interpretazione portò Planck a formulare la teo ria dei quanti. La luce è visibile ai nostri occhi se le oscillazioni elettromagnetiche avvengono con una frequenza un po’ meno di un milione di miliardi al secondo, ma abbiamo sviluppato rivelatori per onde «invisibili» come quella «fossile» che oscil la un milione di volte più lentamente e inve stendoci da ogni parte dell’universo ci parla di un residuo, a più di 270 gradi sotto zero, risalente al mondo poco dopo il Big Bang.

Dall’universo all’infinitamente piccolo...

La luce ci ha insegnato come sono fatti gli atomi portando alla scoperta di teorie sem pre più raffinate, a partire dalla meccanica quantistica. La necessità di spiegare come certa emissione di luce da semplici atomi di idrogeno fosse composta da due «colori» vicinissimi portò Dirac a combinare relativi tà e meccanica quantistica e a prevedere l’esistenza dell’antimateria.

Oggi siamo in grado di vedere i fotoni emessi dagli atomi uno a uno e di usarli come messaggeri di informazione quantistica a prova di hacker.

Il conteggio dei fotoni permette di misurare molto precisamente l’intensità luminosa dei led con i quali possiamo sintetizzare nuova luce bianca con un’efficienza energetica decine di volte maggiore della lampadina a incandescenza: una rivoluzione tecnologica a servizio dell’umanità - un quarto del consumo mondiale di elettricità va in illu minazione - premiata con il Nobel per la Fisica 2014.

Alla curiosità di capire come la luce inte ragisce con gli atomi è legata la scoperta del laser, l’invenzione un po’ a sorpresa che più di ogni altra ha creato innovazione tecnolo- gica nel secolo scorso. Il laser è una forma di luce purissima, con una frequenza e un colore perfettamente definiti.

Oggi la possi bilità di contare il milione di miliardi di volte che la luce gialla di un fascio laser oscilla in un secondo consente di utilizzare gli atomi per realizzare orologi di una preci sione mai raggiunta, orologi che su tutta l’età dell’universo sbaglierebbero di un solo secondo.

Qui la luce è protagonista assoluta: con trolla il moto degli atomi fin quasi a fermar li, li intrappola, li interroga. Questi orologi, fatti con atomi e luce, sono molto sensibili alla gravità che imbriglia lo scorrere del tempo, come previsto dalla relatività, questa volta quella generale, di Einstein: un orolo gio in montagna va «avanti» rispetto a uno in pianura.

È sempre la luce, infrarossa questa volta, che viaggia in fibra ottica dall’Istituto nazio nale di ricerca metrologica di Torino al Frejus per confrontare due orologi ottici: la sfida è quella di misurare col «tempo» le impercettibili variazioni di gravità dovute alle deformazioni e ai movimenti della cro sta terrestre. Di più, una rete di luce ultra precisa in fibra viene ora tessuta tra gli oro logi atomici degli istituti di metrologia eu ropei. Sarà un osservatorio sensibilissimo, esteso nello spazio e con precisione tale nella misura del tempo che potrebbe aiutar ci persino a svelare l’enigma della materia oscura, riservandoci chissà quali sorprese

* LA LETTURA - CORRIERE DELLA SERA DOMENICA - 4 GENNAIO 2015