Lo stupore del Nobel Wilczek «Il mondo è un'opera d'arte»

In un’intervista allo SPIEGEL, il fisico premio Nobel Frank Wilczek parla della straordinaria simmetria dell’universo, la sovrapposizione tra la bellezza e la fisica e del perché potremmo essere alla vigilia di una scoperta ancora più grande di quella della particella di Higgs. Ne riportiamo la traduzione.

 

SPIEGEL: Professor Wilczek, Goethe una volta ha detto che ogni giorno uno dovrebbe ascoltare un po’ di musica, leggere un po’ di poesia e guardare ad immagini meravigliose così che tutte le preoccupazioni per il mondo non facciano dimenticare il senso di bellezza che uno ha. Ha già avuto la sua piccola dose di bellezza oggi?

Wilczek: Oggi ho avuto più che una piccola dose. Sto leggendo libri sulla storia dell’arte e guardo alle immagini. Ho un programma di letture estive molto ambizioso. Oggi ho letto un libro di science fiction, Starmaker di Olaf Stapledon. Magari non è un capolavoro letterario, ma è pieno di visioni ispiranti. Generalmente suono anche un po’ il piano, ma il nostro piano ha un po’ perso l’accordatura mentre eravamo via.

 

 

SPIEGEL: Nel suo nuovo libro A Beautiful Question, lei scrive che anche la fisica appartiene al nostro senso di bellezza. L’arte la ispira quando studia le leggi della natura?

Wilczek: Sarebbe difficile affermare che m’ispira direttamente, ma sono convinto che arte e scienza attivino le stesse parti del cervello. Il cervello ci ripaga per interagire con le cose belle. In questo senso, l’evoluzione vuole incoraggiarci a fare ciò che è buono per noi. Questo è vero per molte cose, ma una di queste è la comprensione di come le cose hanno intenzione di comportarsi.

SPIEGEL: Cerchiamo di dare un senso alle cose...

Wilczek: ...sì. E quando abbiamo successo, lo percepiamo come bellezza.

SPIEGEL: Cosa è il “bello” della fisica?

Wilczek: Non trovi irresistibile, ad esempio, il fatto che le stesse equazioni che sono state sviluppate per descrivere gli strumenti musicali siano quasi le stesse equazioni che governano il funzionamento degli atomi? In un violino o un pianoforte, i suoni sono prodotti dalle vibrazioni di casse di risonanza o stringhe. Negli atomi, le cose che vibrano sono più astratte: sono associate con i colori della luce che ad un particolare atomo piace emettere o assorbire. E questa, comunque, è la stessa idea di fondo verso cui brancolava Pitagora, quando associava il movimento dei pianeti con la musica delle sfere. Gli elettroni girano infatti attorno al nucleo atomico come i pianeti girano intorno al sole. Possiamo pensare agli atomi come a strumenti musicali che producono una molto reale e molto perfetta musica delle sfere.

 

 

SPIEGEL: Sono queste somiglianze tra musica, atomi e orbite dei pianeti più di una semplice coincidenza?

Wilczek: Se sono una coincidenza, sono una coincidenza meravigliosa. Sono un dono.

SPIEGEL: Ogni artista ha il suo stile. Quando investighi le leggi della natura, pensi che anche la natura abbia il suo stile?

Wilczek: Assolutamente. Il mondo è un’opera d’arte, prodotto secondo uno stile molto peculiare. Quello che mi colpisce particolarmente è l’eccezionale ruolo della simmetria.

SPIEGEL: Puoi spiegarlo?

Wilczek: Certo. Il principio della simmetria, per come lo usiamo in fisica e matematica, può essere descritto come “un cambiamento senza un cambiamento”. Mentre questa frase può suonare un po’ mistica e bizzarra, in realtà sta a significare qualcosa di abbastanza semplice. Cosa, per esempio, fa sì che il cerchio sia un oggetto così simmetrico? È il fatto che lo puoi ruotare attorno al suo centro e quello rimane sempre un cerchio. Nel caso di un triangolo equilatero, piccole rotazioni lo cambiano, ma se lo ruoti di 120 gradi ritorna ad essere se stesso. Pertanto ha qualche simmetria, anche se certamente meno di un cerchio. Il concetto di simmetria come “un cambiamento senza un cambiamento” può essere facilmente generalizzato in forma di legge della fisica, o di equazione che lo esprime.

 

 

SPIEGEL: E questo la aiuta a capire il mondo?

Wilczek: Direi proprio di sì. Un assunto di base della teoria della relatività, per esempio, è il fatto che se vedi il mondo da un treno in corsa le cose possono apparire differenti, ma sono in vigore le stesse leggi fisiche. In elettrodinamica, puoi fare un tot di trasformazioni sui campi elettrici e magnetici, ma le equazioni rimangono valide. Adesso si hanno a disposizione delle equazioni perfette che rimangono invariate nonostante un ampio numero di trasformazioni. Queste sono, detto proprio terra terra, i cerchi tra le equazioni. E viene fuori che queste sono quelle che governano il mondo.

SPIEGEL: I dipinti degli Espressionisti e la musica a 12 tonalità sono stati denunciati da molte persone come veramente brutti. C’è spesso molto dibattito a proposito del tipo di arte che possa essere definita “bella”. Si va più d’accordo tra scienziati?

Wilczek: No. Come succede nell’arte, l’accordo di opinioni esiste spesso a posteriori. Prendi la fisica quantistica per esempio: molti dei suoi fondatori – Planck, Einstein, Schrödinger – si sono torturati con essa fino alla loro morte. Finché non è apprezzato, il concetto della bellezza ha bisogno di essere applicato a partire da un estensivo dialogo con la natura.

SPIEGEL: Quando i fisici hanno scoperto l’importanza particolare della simmetria?

Wilczek: Nella sua forma moderna, è un’idea del XX secolo. Misteriosamente, Platone sembrava averla prevista. Aveva impostato un sistema in cui i quattro elementi – terra, aria, fuoco e acqua – costituivano le particelle elementari, che avevano la forma di quattro solidi idealmente e platonicamente simmetrici. La brillante idea anticipava, in senso ampio, l’idea moderna secondo cui la natura usa la simmetria per costruire il mondo – nonostante nel dettaglio il suo modello era fuorviato senza speranza, ovviamente.

SPIEGEL: Quando sei diventato cosciente della bellezza delle leggi della natura?

Wilczek: Direi, consciamente, abbastanza di recente. Ho iniziato a pensare in questi termini solo cinque anni fa, quando mi è stato chiesto di tenere una lettura sulla bellezza del mondo quantistico.

 

 

SPIEGEL: Prima di allora, la bellezza non guidava il tuo lavoro?

Wilczek: Implicitamente lo faceva di sicuro. Guardandomi indietro, realizzo che ho sempre guardato alle descrizioni più semplici, più belle e più simmetriche. Ma non mi sono concentrato su questo aspetto esplicitamente. Ero immerso nel lavoro del giorno dopo giorno, nel tentativo di far andare avanti le cose.

SPIEGEL: Il tuo lavoro più famoso, che più tardi ti ha permesso di aggiudicarti un premio Nobel, è stato fatto nel 1972 e 1973…

Wilczek: …sì, ed ero abbastanza giovane al tempo, avevo 21 o 22 anni. Per capire cosa abbiamo fatto devi sapere che ci sono quattro forze di base della natura: gravità ed elettromagnetismo, che sono le forze classiche, seguite da altre due forze di cui i fisici si sono accorti quando hanno iniziato i loro studi sul nucleo degli atomi nel ventesimo secolo. Queste sono le forze che fondamentalmente tengono i nuclei insieme e le deboli forze che hanno a che fare con vari processi di decadimento. Quello che ho fatto con David Gross è stato trovare le equazioni delle forze forti. Le abbiamo correttamente ipotizzate perché intuitivamente abbiamo guardato subito ad equazioni particolarmente belle e simmetriche.

SPIEGEL: Lo sapevi al tempo che stavi rivelando al mondo una profonda verità di natura?

Wilczek: Oh sì. Dissi a David: “Se gli esperimenti vanno come previsto, qui ci aggiudichiamo un premio Nobel”. E questo è esattamente ciò che è successo.

SPIEGEL: Hai avuto esperienza di un momento di profonda rivelazione?

Wilczek: Ci sono stati momenti così, ma non erano proprio come te li immagini. La situazione sperimentale era abbastanza tenebrosa, e pertanto non potevo dire: “Ok, abbiamo spiegato quel fatto e questo fatto e tutto funziona perfettamente”. I mattoni di base della nostra teoria, i quark e i gluoni, non erano mai stati osservati. Solo nel tardo 1974 ci furono nuovi esperimenti e il disegno generale diventò un po’ più chiaro.

 

 

SPIEGEL: Heinrich Hertz una volta ha detto che le equazioni dell’elettromagnetismo sono davvero intelligenti, perfino più intelligenti delle persone che le hanno scoperte.

Wilczek: Allora, questo è certamente vero nel campo della cromodinamica, così è chiamata la teoria delle forze. Siamo partiti con qualche ipotesi sulla bellezza, la simmetria e la consistenza e tutti i principi della fisica nucleare sono venuti a galla. E alla fine devi avere a che fare con molto, molto più materiale di quello con cui hai iniziato.

SPIEGEL: Oggi la teoria che hai sviluppato è una parte del Modello Standard, che descrive il mondo in una modalità fascinosamente precisa. Tu e i tuoi colleghi però non siete ancora soddisfatti.

Wilczek: No. Il Modello Standard ha delle significative carenze estetiche. L’ultima parola della natura dev’essere più bella.

SPIEGEL: Cosa ti dà noia rispetto a questo aspetto?

Wilczek: Il Modello Standard è ancora in sospeso. Ci sono quattro diverse forze che lo compongono. Ma si dovrebbe piuttosto avere una sola descrizione unificata di tutte le forze. Ci sono anche diversi materiali che la compongono, e anche qui, ribadisco, si preferirebbe ridurli ad uno solo. Quello davvero eccitante rispetto alla situazione attuale è il fatto che ci sono diverse proposte che si preparano a colmare molte di queste carenze.

SPIEGEL: Che aspetto hanno queste proposte?

Wilczek: L’idea di base è che i principi che usiamo per formulare la teoria moderna dell’elettromagnetismo, come l’idea della forza debole e di quella forte, sono tutti stranamente simili. È come se chiedessero di essere uniti in una teoria generale. Matematicamente, questo può essere realizzato facilmente. Ma ragionando in questo modo, la forza intrinseca di tutte le forze dovrebbe essere uguale. Quando le osserviamo, non lo sono. Prima ci sembrava di essere rimasti bloccati in un vicolo cieco, ma poi ci siamo resi conto che a distanze molto piccole è necessario includere effetti quantistici. E quando li si prende in considerazione, le tre forze diventano sempre più simili – proprio come si prevede nell’idea di una teoria unificata.

SPIEGEL: E così avete una teoria unificata di tutte e tre le forze?

Wilczek: Aspetta un minuto. Le tre forze diventano quasi la stessa, ma non del tutto. Diventano un tutto quando si effettua un’altra ipotesi di simmetria, che si chiama supersimmetria o Susy. Come per le altre simmetrie, si basa sul principio del “cambiamento senza cambiamento”. È in questo caso che è possibile scambiare le particelle e le forze le une con le altre senza cambiare le leggi. Questo è un passo piuttosto audace, ma una volta che ci si prende, la teoria funziona: a distanze molto brevi la forza di tutte le tre forze diventa esattamente la stessa.

SPIEGEL: Suona troppo bello per non essere vero.

Wilczek: L’hai detto. Altrimenti la natura ci ha giocato un terribile scherzo.

SPIEGEL: Come fai ad essere sicuro che non è uno scherzo?

Wilczek: Dobbiamo trovare alcune delle particelle addizionali che sono ipotizzate dalla supersimmetria. Questo può succedere la prossima settimana al CERN, ma è più probabile fra un anno o due, o fra cinque. Secondo la nostra teoria queste particelle non possono essere troppo pesanti, il che significa che c’è un’ottima possibilità che l’acceleratore del CERN le trovi.

SPIEGEL: Ci hai scommesso qualcosa?

Wilczek: Sì, l’ho fatto. Ho scommesso 200 soldi Nobel di cioccolato che troveranno la particella Susy entro il 2020.

SPIEGEL: Soldi Nobel di cioccolato?

Wilczek: Sì. Si tratta di monete di cioccolato rivestite con involucro d’oro che offrono alla cerimonia a Stoccolma. Me ne sono rimaste un paio di quelle di ricambio. Ma se perdo la scommessa dovrò chiedere agli amici di raccoglierne un po’ di più alla cerimonia. È possibile prenderle e contrabbandarle al di fuori.

SPIEGEL: La scoperta di questa particella di Susy può essere ancora più spettacolare della scoperta della particella di Higgs?

Wilczek: Allora, per me lo sarebbe. La particella di Higgs è una cosa gloriosa, ma in un certo senso è come se avessimo messi i puntini sulle i e i trattini alle t alla teoria del Modello Standard. La scoperta della particella di Susy, invece, farebbe fare un profondo passo oltre.

SPIEGEL: Sei stupefatto dal fatto che la natura obbedisca a delle leggi che noi umani siamo in grado di comprendere?

Wilczek: Questo fatto ha un significato profondo, e non è affatto scontato. Come esperimento mentale, supponiamo che tutto il mondo è solo una simulazione su un gigantesco supercomputer, dove anche noi siamo solo una parte di questa simulazione. Quindi, in linea generale, stiamo parlando di un mondo in cui Super Mario pensa che il suo mondo di Super Mario è reale. Le leggi, in un simile mondo, non sarebbero necessariamente belle o simmetriche. Sarebbero come il programmatore avrebbe deciso di metterle, il che significa che le leggi potrebbero essere arbitrarie, che potrebbero improvvisamente cambiare o essere diverse da luogo a luogo. E non ci sarebbe una semplice descrizione di queste leggi che non fosse un lunghissimo programma per computer. Tale mondo è logicamente possibile, ma il nostro mondo è diverso. È un fatto glorioso che nel nostro mondo, quando andiamo veramente in profondità, diventiamo capaci di comprenderlo.

SPIEGEL: Un fatto glorioso, dici. Ma questa non può essere una spiegazione soddisfacente per i fisici. Non stai cercando una spiegazione per questo stesso fatto?

Wilczek: Non sono sicuro a che cosa possa essere simile quel tipo di spiegazione. Abbiamo toccato le più intangibili profondità nella nostra descrizione del mondo. L’unica spiegazione altamente speculativa a cui posso pensare è quella di un creatore di stelle, qualche ingegnere che è responsabile di questo disegno.

SPIEGEL: Alcuni lo chiamano Dio – una parola che i fisici usano notevolmente spesso.

Wilczek: Non dimenticarlo: molti dei miei eroi, come Galileo, Maxwell, Newton e, meno esplicitamente, Einstein pensavano che il senso del loro lavoro fosse quello di scoprire cosa è Dio. Tutti hanno avuto come ispirazione l’idea che se vuoi scoprire cosa è Dio, devi guardare al suo lavoro.

SPIEGEL: E tu? Stai cercando Dio?

Wilczek: Io voglio scoprire cos’è la realtà, e dopo la chiami come vuoi.

SPIEGEL: Professor Wilczek, la ringraziamo per questa intervista.