RASSEGNA STAMPA

12 MARZO 2002

Intervista a Roger Penrose

Il celebre studioso di Oxford parla della nascita dell'universo e dei buchi neri ma soprattutto dei limi della nostra ricerca

"La meccanica quantistica è stata presa come qualcosa di immutabile, mentre sappiamo che hai suoi paradossi"

In una sala gremita Roger Penrose parla di galassie, buchi neri, singolarità, le regioni del cosmo di volume nullo e densità infinita dove si ha il crollo delle leggi fisiche che conosciamo. Ascoltandolo, la sana logica terrestre si smarrisce, il pensiero deriva verso altre e temerarie geometrie come davanti a una litografia di Escher.  Alla fine, l'applauso interminabile.  Il celebre matematico di Oxford ha tenuto alla Sissa la prima delle conferenze annuali con cui la Scuola di alti studi diretta da Edoar­do Boncinelli intende onorare la memoria del fisico Dennis Sciama.

Professor Penrose, i buchi neri, misteriose regioni dello spazio dalle quali nulla può sfuggire, neppure la lu­ce, hanno un ruolo nella nascita del­l'universo?

«Sì, anche se non compaiono proprio all'inizio.  Potrebbero, è vero, risultare dal collasso di materia prodotta nel big bang, ma non sarebbero subito presen­ti. Del resto la natura di questa materia prirnordiale è in buona parte scono­sciuta.  Potrebbe trattarsi dell'enigmatica materia oscura, o della "energia ne­ra", di cui pure qualcuno parla, ma in realtà il contenuto dell'universo primi­tivo ci è sostanzialmente ignoto.  Poi, a mano a mano che l'universo progredi­sce, dei corpi collasserebbero in buchi neri».

Quindi i buchi neri esordiscono ab­bastanza presto.

«Secondo una teoria che mi sembra credibile, le galassie si sono formate inizialmente da buchi neri: i buchi neri nascono dal collasso di concentrazioni di materiale pre-galattico e le galassie coagulano loro intorno.  Ma i buchi neri si formano anche dal collasso di stel­le di grandi dimensioni, diciamo venti volte la massa del Sole.  Una stella così grande non potrebbe sopravvivere co­me comune stella, ma andrebbe incon­tro a una evoluzione che appunto por­ta, probabilmente, a un buco nero.  In­somma è plausibile che le grandi stelle evolvano in buchi neri, che raggruppa­menti di stelle cadano in buchi neri si­tuati al centro di galassie e che, quando le galassie si scontrano, i buchi neri al loro interno si combinino per formare nuovi e più grandi buchi neri.  Tale progresso si svolge in continuazione nell'u­niverso.

Dove va a finire la materia ingoiata da un buco nero?

«La risposta, o meglio l'ipotesi, è che entri in quella che chiamiamo "singo­larità".  Secondo la teoria della relatività generale, lo spazio-tempo è curvo e tale conformazio­ne è responsa­bile della gra­vità.  La curva­tura diventa più grande via via che ci si avvicina a una singolarità, fino a diventare infinita. Ma qui nasce un problema. Se segui le equazioni di Einstein sei in grado, conoscendo lo stato attuale di un sistema, diciamo di un buco nero, di ricavare quale ne sarà lo stato in futuro.  Le equazioni descrivono insomma un'evoluzione che procede all'infinito, in cui numeri che dovrebbero rimanere finiti diventano infiniti e succedono altre cose folli, prive di senso.  Per que­sto buchi neri, big bang, singolarità rappresentano altrettanti limiti all'applicabilità della relatività generale clas­sica».

Dove si trovano le singolarità

«In due luoghi diversi.  Uno è il big bang, cioè la regione all'origine dell'universo dove la curvatura dello spazio ­tempo diventa infinita e con essa la densità, tanto che la fisica a noi nota è

inconcepibile prima di questo tempo; e l'altro regioni locali dell'universo, dove la nostra fisica ha termine»

Quali sono queste regioni in cui la fisica arriva al capolinea

«Si può pensare che alla fine l'intero universo ricada su se stesso e diventi una unica singolarità. Ma è improbabile. Più ragionevole immaginare invece che a collassare siano zone dell'universo, tipo centri galattici o stelle individuali di grande ma che produrrebbero, come ho detto, buchi neri. Questi buchi neri segnerebbero la fine locale dell'u­niverso: se cadessi in uno di essi, sarebbe la fine dell'universo per me che ci sono caduto ma non per coloro che sono fuori dal buco nero».

Quindi l'universo non va incontro a una fine globale ma si consuma in tante fini locali

« che sono altrettan­ti luoghi in cui la fisica classica non offre solu­zioni.  I più pensano che combinandola teoria di Einstein con la meccanica quantistica si verrebbe a di­sporre di una teoria capace di sciogliere il  nodo delle singolarità. L'argomento solitamente usato sono gli atomi. Se ha un atomo, hai un nucleo nonché elettroni che gli gravitano intorno.  Se­condo l'elettrodinamica classica, gli elettroni, orbitando intorno al nucleo, irradiano energia sotto forma di onde

elettromagnetiche (o, se si preferisce, di luce) in modo tale che la "sparata" dell'elettrone sul nucleo produce una singolarità. Ma sappiamo che non è ve­ro: gli atomi non scompaiono, non diventano singolarità.  A renderli stabili occorre però la meccanica quantistica.  Uno dei trionfi della teoria dei quanti è aver spiegato perché gli atomi non col­lassano ma persistono per sempre nel tempo.  Per analogia con gli atomi, si è pensato che anche l'incon­gruenza delle singolarità sia superabile, ba­sta combinare la meccanica quantistica con la relatività generale.  Ma nessuno ci è

mai riuscito».

Per quale motivo?

«Una delle ragioni è che la meccanica quantistica è stata presa come qualcosa di immutabile, mentre sappiamo che ha i suoi paradossi, vedi le equazioni di Schroedinger, secondo le quali il gatto, il famoso gatto di Sch­roedinger - deve essere vivo e morto nello stesso tempo: un nonsenso, che indica come la teoria dei quanti, pur meravigliosa, ha i suoi limiti. Quindi occorre produrre una nuova teoria, una meccanica quantistica mi­gliorata».

Lei sta lavorando a questa nuova fi­sica?

«In certa misura.  A Oxford dei colle­ghi preparano un esperimento desti­nato a verificare se nella fisica quanti­stica esiste un livello al quale le regole cambiano.  L'esperimento prevede un gatto di Schroedinger virtuale, cioè un cristallo non più grande di un granello di polvere che viene posto in due posi­zioni leggermente diverse allo stesso tempo.  Secondo la teoria standard, il granello persisterà nel duplice stato, mentre secondo me ci rimarrà solo per un certo tempo e quindi assumerà l'u­no o l'altro stato.  La verifica è parte di un tentativo di unificazione tra meccanica

e relatività generale. Ma chi vi si applica pensa di riuscire senza cambiare la meccanica quantistica»

Mentre lei al contrario, ritiene che è la stessa meccanica quantistica a do­ver essere aggiornata.  Si tratta di una discussione interna alla fisica o l'unifi­cazione secondo Penrose influirà su altri campi?

«Per esempio sulla comprensione della mente.  Ci sono buone ragioni per credere che il lavoro del cervello, o me­glio l'attività cosciente, richieda una fi­sica che va oltre quella conosciuta.  Og­gi capiamo la fisica classica, che è relativa a oggetti di grandi dimensioni; e ca­piamo le equazioni di Schroedinger, per oggetti di piccola scala.  Ma la mec­canica quantistica comprende due procedure incompatibili, una è la ricor­data questione del gatto, l'altra è ciò che chiamiamo processo di misurazio­ne ».

Può spiegare?

«Immagini di avere un apparato, di­ciamo un contatore Geiger, che fa click se una particella entra e non fa click se la particella non entra.  Ciò che avviene nell'apparecchio è il passaggio, o me­glio l'ingrandimento, da un evento quantistico a uno su scala classica.  Ma dopo tutto il contatore è composto di particelle, cioè di ingredienti che ap­partengono alla meccanica quantisti­ca. Perché allora non si comporta esso stesso in modo "quantomeccanico" sovrapponendo i click ai non click, ov­vero due stati in uno come nel gatto di Schroedinger?  Più in generale, come avviene che cose misurino davvero co­se anche quando, in ultima analisi, so­no pur esse oggetti della meccanica quantistica?  Secondo me questo è un paradosso fondamentale, che non sarà risolto nel­l'ambito del­l'attuale mec­canica quanti­stica».

Un paradosso che ostacola anche la deci­frazione della mente?

«Pensiamo a che cosa è implicato nell'u­mano capire, per esempio nella comprensione della matematica.

Quando facciamo della matematica, nel nostro cervello accade qualcosa che va oltre la pura e semplice computazione, come del resto andiamo al di là del computer in altre aree dell'attività conscia. Il computer, che si basa sulla fisica che usiamo ora, può venire a capo di ciò che accade in una situazione fisica.  Ma se le nostre menti lavorano in un modo che non è computazionale occorre convenire che ci troviamo di fronte a qualcosa di non riducibile alla fisica odierna.  Voglio dire che ci sono buone ragioni per credere che la coscienza sia al di fuori della fisica che conosciamo».

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vedi anche Cultura-Impresa scientifica