Pubblicato per la prima volta nel 2020, Il mondo secondo la fisica di Jim Al-Khalili costituisce un’importante opera di divulgazione scientifica in cui l’autore — fisico, divulgatore e professore all’Università del Surrey — illustra i capisaldi della fisica moderna con uno stile chiaro e avvincente. L’intento principale del libro è di guidare il lettore attraverso i grandi temi che segnano l’attuale visione scientifica del cosmo: la meccanica quantistica, la relatività generale e la termodinamica.
Al-Khalili riesce a trattare in modo accessibile anche i concetti più ostici, offrendo così una panoramica esaustiva delle sfide ancora aperte. Tra queste, spicca la ricerca di una “Teoria del Tutto” capace di unificare in un’unica descrizione coerente la relatività generale di Einstein — che spiega fenomeni su larga scala come la curvatura dello spazio-tempo — e la meccanica quantistica, dominatrice del mondo subatomico.
Il percorso divulgativo di Il mondo secondo la fisica non si limita però a delineare i trionfi della fisica contemporanea, ma mette in luce anche le proposte teoriche più innovative e le difficoltà che la comunità scientifica incontra nell’integrare i due pilastri teorici. Nel testo, l’autore esamina da un lato la teoria delle stringhe, che ambirebbe a unificare le quattro forze fondamentali dell’Universo ipotizzando piccolissime corde vibranti come costituenti ultimi della realtà; dall’altro, approfondisce la gravità quantistica a loop (Loop Quantum Gravity), la quale punta a quantizzare lo spazio-tempo stesso.
Entrambe le teorie forniscono spunti suggestivi, ma nessuna ha sinora raggiunto l’obiettivo di combinare con successo la descrizione del macrocosmo (affidata alla relatività generale) e quella del microcosmo (dominata dalla meccanica quantistica). Nonostante i notevoli progressi conseguiti negli ultimi decenni, la strada verso l’unificazione resta infatti costellata di interrogativi irrisolti. Proprio per questo, Al-Khalili sottolinea come la ricerca scientifica moderna richieda non solo solide basi teoriche, ma anche una notevole dose di creatività, nonché la capacità di riconoscere i limiti dei modelli attuali.
Le due principali candidate
- Teoria delle stringhe
La teoria delle stringhe propone che gli oggetti fondamentali non siano particelle puntiformi, bensì minuscole “corde” vibranti. La diversa vibrazione di queste corde determinerebbe le proprietà delle particelle elementari. Sul piano concettuale, la teoria delle stringhe sembra fornire uno schema unificatore per le quattro forze fondamentali (gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole). Tuttavia, dopo decenni di ricerca e pur con importanti progressi matematici, essa resta ancora speculativa: non dispone di previsioni sperimentali facilmente verificabili, un requisito essenziale per rendere una teoria pienamente testabile. - Gravità quantistica a loop (LQG)
A differenza delle stringhe, la LQG si concentra sull’idea di quantizzare lo spazio-tempo. Invece di considerarlo come un palcoscenico continuo sul quale avvengono i fenomeni fisici, lo spazio-tempo verrebbe “discretizzato” in una rete di quanti di gravità. Ciò aiuterebbe a descrivere la forza di gravità con il linguaggio della meccanica quantistica. Nonostante questo approccio risulti affascinante e sia considerato da molti studiosi un modo elegante di affrontare la quantizzazione della gravità, manca ancora una soluzione su come includere le altre tre forze fondamentali all’interno di questo quadro. Inoltre, resta aperta la domanda se lo spazio-tempo quantizzato sia l’unica chiave o se serva una formulazione più ampia.
Una questione di scienza e di “sociologia”
Il testo di Al-Khalili sottolinea anche un aspetto spesso trascurato: la sociologia della scienza. Quando si discute di teorie tanto complesse e ancora incompiute, non è raro che intere carriere accademiche si specializzino in un filone di ricerca piuttosto che in un altro, dando vita talvolta a “scuole di pensiero” con diverse visioni. È anche per questo che non esiste un consenso unanime su quale approccio possa essere definito “migliore”.
Prospettive future
La sfida dell’unificazione non è soltanto intellettuale: comprendere come funzioni davvero la gravità a livello quantistico potrebbe aiutare a spiegare fenomeni estremi e misteriosi come i buchi neri o le condizioni iniziali dell’Universo. Tuttavia, come evidenzia l’autore, è probabile che ci vorranno ancora diversi decenni per risolvere — ammesso che sia possibile — queste questioni fondamentali. Gli scienziati potrebbero anche scoprire che nessuna delle teorie attuali costituisce la soluzione definitiva, e che sarà necessaria una terza via completamente nuova.
Jim Al-Khalili mette in luce in modo chiaro i punti critici e le potenzialità delle teorie più promettenti sul fronte dell’unificazione della fisica. Se da una parte la meccanica quantistica e la relatività generale sono straordinariamente valide nei loro rispettivi ambiti, dall’altra la ricerca di una teoria che le incorpori entrambe in modo armonioso resta un’avventura ancora in corso. In questo percorso, la comunità scientifica è spinta non solo dalla sete di conoscenza, ma anche dalla speranza di gettare luce sui grandi misteri dell’Universo. Quel che è certo è che ogni passo avanti, ogni idea innovativa, ci avvicina un po’ di più alla comprensione profonda della realtà.
Stefano Camilloni
