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Abstract. : A general discussion is presented, which outlines the role of predictability (determinism) and unpredictability (chaos) in our knowledge of physical phenomena.
La Fisica è (quasi per definizione) una disciplina "riduzionistica". Infatti il suo scopo ultimo è di derivare i fenomeni del mondo da un insieme (il più piccolo e "intuitivo" possibile) di leggi fondamentali.
La Fisica è una disciplina empirica? Non completamente: ogni osservazione empirica è sempre imbevuta di teoria. I "fatti" in sè non esistono. Noi ne estraiamo dall'infinito flusso sensoriale un esiguo numero. E qui nasce la "compromissione ontologica": quali sono i fatti essenziali e quali quelli contingenti. Parte della compromissione ontologica è strutturale: i nostri sensi non sono in grado di rivelare tutti i fenomeni, parte è culturale (può variare da civiltà a civiltà): anche dopo il prolungamento fornito ai sensi dagli stumenti di misura più raffinati, dobbiamo scegliere la rilevanza dei fatti.
È dunque tutto illusorio e soggettivo? No, la scienza è soggetta alla verifica empirica. Nella Fisica questo processo è spinto ad un punto strabiliante.
Dunque c'è un mondo esterno ed è descrivibile in termini razionali (Matematici). La Matematica è essa stessa una scienza? È piuttosto un linguaggio ed un'esperienza mistica.
La Fisica Moderna nasce con Galileo: il libro della Natura è scritto in termini matematici. La Matematica viene sviluppata come strumento di formalizzazione: Newton e Leibnitz creano il calcolo differenziale, indispensabile strumento di analisi del moto e dell'evoluzione dei sistemi. Al fisico la Matematica interessa solo in quanto essa fornisce un linguaggio adeguato alla descrizione dell'Universo: razionalità intrinseca della Natura.
La conoscenza è possibile poichè il mondo ci appare come una gerarchia di strutture ben separate: bisogna sfuocare per percepire le strutture (cioè bisogna mediare sulle scale più piccole). Una conoscenza globale e totale, sarebbe impossibile, anche se la Natura fosse completamete razionale!!
Vedremo che Ordine e Caos in generale dipendono dalle nostre compromissioni ontologiche: ciò che è ordinato ad una scala può essere caotico ad un'altra, ma il Caos è sempre un accidente dell'ordine.
Ad ogni scala una scienza (Approssimazione alla SCIENZA)
Dal punto di vista quotidiano: Elettromagnetismo e Gravitazione
Elettronica...
Elettromagnetismo e cervello: Hardware e Software. Psicologia. Riduzionismo???
Struttura e dimensioni del mondo . Esplorando in su e in giù:
Interazioni Gravitazionali 10-40 Portata infinita: Astronomia & Astrofisica
Interazioni Deboli (Radioattività) 10-5
Interazioni Elettromagnetiche 1/137 Fisica Nucleare e Subnucleare
Interazioni Forti 1 Sole & Stelle
Ordine e Unificazione?
Dalle galassie ai quarks
Galassie Milioni di anni luce
Distribuzione ordinata o caotica? Struttura odierna deterministicamente derivata dalla fase iniziale del Big Bang.
Atomi (Chimica) 10-8 cm
Molecole (Chimica e Biologia) Vita
Nuclei 10-13 cm
Quarks (Democrito???)
Ad ogni scala una scienza: ordine e gerarchie
Come si inquadrano mentalmente questi oggetti?
Meccanica Quantistica + Relatività Ristretta --> Materia e Antimateria
Interazioni mediate da scambi di
particelle
Interazioni nucleari (mesoni)
Interazioni deboli
Oggi:
Interazioni Deboli e Elettromagnetiche parzialmente Unificate
Interazioni Forti
Schema corroborato da Astrofisica ---> Telescopi, Satelliti (Kobe)
osservazioni empiriche:
Fisica Nucleare e Subnucleare---> Idea della diffusione
Acceleratori di particelle come radiografie
(per i Quark)
Alte energie <-> piccole distanze
La Natura è leggibile (predizioni confermate): Esistenza dell'antimateria
Quarks
Esistenza dei mesoni W, Z0
ELEGANZA?? Dipende dal linguaggio.
Simmetrie, quasi mai perfette, e loro rotture
(Generalizzazione della geometria della gravitazione)
Esempio della Parità?
Problemi aperti: Grande Unificazione (uguaglianza della carica elettronica e
protonica)
Gravitazione Quantistica????
Qual'è la struttura gnerale di una legge fisica?
Legge fisica: equazioni + condizioni iniziali: Necessità e Contingenza. Struttura Modale
Caratteristica generale delle Leggi della Fisica: Località nello spazio e nell'energia (all'origine della conoscibilità)
Il Caos fa orrore al fisico, che addirittura ne enuncia le leggi che seguono da teorie completamente deterministiche. In Fisica il Caos non è mai primario, è una conseguenza dell'ordine: la contingenza diviene necessità.
Evoluzione della Fisica (---> Conseguenze dell'ordine)
Fondazione della Meccanica classica: il Dio di Laplace e i dati iniziali. Ordine assoluto, Anticaos.
Grandi progressi --> Termodinamica, Faraday, Neumann, Maxwell e l'Elettromagnetismo (dall'ambra alla luce ed alla Teoria Elettrodebole)
Determinismo
L'espressione più spinta del riduzionismo scientifico si trova in Pierre Simon de Laplace (1749-1827):
Un intelletto che, ad ogni dato istante conoscesse tutte le forze che animano la Natura e le posizioni relative degli esseri che la compongono, se questo intelletto fosse tanto potente da poter analizzare questi dati, potrebbe ridurre ad una singola formula il movimento dei corpi più grandi dell'Universo e quello degli atomi più leggeri: per una tale intelligenza nulla potrebbe essere incerto; e il futuro come il passato sarebbero presenti davanti ai suoi occhi.
(Philosophical Essays on Probabilities)
E il libero arbitrio?
Laplace aveva portato alle estreme conseguenze la concezione meccanica newtoniana, la cui idea fondamentale traduce le leggi della meccanica in equazioni (differenziali, F=m a) la cui soluzione è univocamente determinata se vengono assegnate le cosiddette condizioni iniziali: posizione e velocità. A quei tempi non era nota la natura dell'elettromagnetismo, ma sarebbe risultato più tardi che anch'esso soggiaceva allo stesso tipo di determinismo newtoniano.
Alla fine dell'ottocento questo era dunque il paradigma scientifico. Quasi tutto sembrava sotto controllo (tranne due esperienze inspiegabili secondo le teorie sino ad allora note: il corpo nero e l'esperienza di Michelson). Queste due esperienze aprirono, negli anni successivi la via alle due grandi rivoluzioni scientifiche del XX secolo: la Relatività eisteiniana e la Meccanica Quantistica.
La Relatività eisteiniana risultò essere un (enorme) passo nella direzione del determinismo (Einstein diceva: Dio non gioca a dadi con l'Universo), la Meccanica Quantistica sembra puntare decisamente verso una forma di indeterminismo (Einstein ne fu avversario irriducibile fino alla fine). Il problema è di interesse poichè la Meccanica Quantistica è l'unica forma di dinamica oggi compatibile con tutte le esperienze note.
In poche parole il problema è che i risultati sperimentali non possono essere, in generale, prevedibili con certezza, ma è possibile solo assegnare probabilità ai possibili esiti degli esperimenti. Questa situazione non è nuova in Fisica. Ogni sperimentatore (anche non fisico) sa che i risultati sperimentali possono essere contaminati da imprecisioni dovute a varie fonti, cosicchè il risultato finale può essere solo dato in forma di probabilità che il valore di una certa grandezza sia compresa tra due valori dati (statistica delle osservazioni).
Questa necessità del calcolo delle probabilità è però irrilevante dal punto di vista epistemologico ed assume solo un valore pratico: in linea di principio potremmo raffinare gli strumenti osservativi e rendere superfluo l'uso del Calcolo delle Probabilità.
Indeterminismo
Per la Meccanica Quantistica la situazione è completamente differente: in certe
situazioni, per quanto raffinato possa essere l'apparato di misura, possiamo solo dare un'espressione per la probabilità di ottenere un dato risultato. Il problema non è la verificabilità della predizione: si può fare un gran numero di esperimenti ed osservare che i risultati si distribuiscono secondo le probabilità determinate. Tra l'altro già dal secolo scorso il Calcolo delle Probabilità veniva comunemente usato per descrivere sistemi contenenti un numero enorme di particelle (corpi microscopici). Il vero problema è l'irruzione della Probabilità e quindi dell'indeterminismo nell'ambito del mondo microscopico: in altri termini la Probabilità come legge di natura.
Dopo molti anni di riflessioni e speculazioni, oggi non si tende a dare un signiifcato completamente fondamentale all'introduzione delle Probabilità nella Meccanica Quantistica, ma molti problemi di carattere principalmente filosofico-epistemologico sono tuttora al centro del dibattito.
Caos
In questo mondo così ordinato (intellettualmente) come può esserci spazio per il Caos?
a) Dall'ordine al Caos
Il Caos non esiste: in effetti parliamo del Caos e delle sue leggi. L'idea stessa del Caos nasce in un ambito deterministico con Poincarè (1900). È dovuto ad una particolare sensibilità del moto in termini delle condizioni iniziali (instabilità). Il moto futuro non è strettamente vincolato dal moto passato. Ritorna in auge negli anni '60 con la meteorologia (Lorenz).
b) Dal Caos all'ordine
Termodinamica, Meccanica statistica esempio del secondo principio.
Perché la Fisica è conoscibile? Perchè è ordinata e non caotica!!!!
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