Il ritorno dell’etere
9 lug
Nel 1865, James Clerk Maxwell compì una delle più grandi unificazioni della storia della scienza. Scrisse un unico sistema di equazioni interallacciate (4 per la precisione) che spiegavano in un solo colpo l’elettricità, il magnetismo, le onde radio e la luce. Ciò che scoprì fu che tutte questi fenomeni possono essere visti come una sorta di increspatura, come le onde in uno stagno. Ma se ci sono le onde, ci sarà il mare, pensò Maxwell senza porsi troppi problemi. Lo spazio non è vuoto, ma riempito di una sostanza elastica e compatta, dove si propagano campi elettrici, magnetici e onde radio, questa sostanza la chiamò etere. Passarono gli anni e di questo fantomatico etere non si trovarono tracce evidenti, sembrava non ci fossero fenomeni associati a questa sostanza così onnipresente e pervasiva. Finalmente Albert Abraham Michelson e Edward Morley, nel 1887, decisero di stanare il drago. Concepirono un esperimento che avrebbe misurato il cosiddetto “vento di etere”. Un esperimemto così semplice che quando dette risultato negativo nessuno potete più credere all’esistenza di questo fantomatico sfondo fisico. Le equazioni di Maxwell sembrano basarsi sulla propagazione in un mezzo, ma questo era solo un’impalcatura teorica, una stampella della mente. Terminata la costruzione del magnifico edificio delle equazioni di Maxwell, ci si accorse che non aveva alcun bisogno di impalcature per stare in piedi. Poco dopo Einstein (anche se, dal punto di vista storico, indipendentemente dai risultati di Michelson e Edward) trovò una elegante spiegazione teorica del perché non solo l’etere non c’è, ma anche del perché non potrà mai esistere, almeno nella forma proposta da Maxwell.
L’etere sembrava quindi per sempre rilegato a un paragrafetto nella storia della scienza. E. invece, a volte ritornano…
I bosoni di Higgs, finalmente scoperti dopo una caccia che durava dal 2007, sono l’equivalente moderno dell’etere. Lo spazio intero è pervaso da un oceano di questi bosoni. Quando i corpi lo attraversano incontrano più o meno resistenza e questa è la loro massa. I fotoni ci scivolano sopra, come sciatori sulla neve. Protoni, elettroni, neutroni e tutta la pletora di particelle provviste massa, interagiscono più o meno fortemente con i bosoni Higgs che ne ostacolano il moto (o meglio l’accellerazione, perché i bosoni Higgs non hanno effetti sui moti uniformi). E’ un’immensa scoperta, che giustamente porterà al Nobel l’ottuagenario Peter Higgs.
Ma riflettiamo un attimo su questo nuovo etere. Non si tratta più di una sostanza dura e compatta che fa da sfondo all’universo come pensava Maxwell, ma un brulichio di minuscole particelle, dal cui comportamemto collettivo emerge una delle proprietà fondamentali degli oggetti fisici: la massa. Vi ricordate il mio post del 25 giugno “Atomi e cellule” (http://anomalia-blog.rizzoli.eu/2012/06/25/atomi-e-cellule/)? Vi riporto il paragrafo conclusivo: “In estrema sintesi quando un certo numero di “agenti”, non saprei come meglio definirli, sono in grado di interagire ripetutamente tra di loro emerge una sorta di comportamento collettivo di secondo livello. Tale comportamento di secondo livello se è in grado di produrre a sua volta un gran numero di “agenti” interagenti, produrrà un comportamento collettivo di terzo livello e così via. Un mare di particelle subatomiche fa emergere, ad un altro livello, gli atomi. Le interazioni tra atomi producono un sacco di cose tra cui, ad un altro livello, cellule viventi. Le cellule viventi colonizzano la terra e come effetto secondario creano organismi pluricellulari. Gli organismi pluricellulare a furia di interagire tra di loro evolvono in esseri intelligenti che, in numero sufficientemente grande, producono una realtà a un livello superiore: le idee, l’arte, la matematica, la scienza, la bellezza…”
Ecco al CERN, tre giorni fa, è stato scoperto un ulteriore livello più in profondità in questa gerarchia: l’oceano di bosoni di Higgs è quel gran numero di “agenti” interagenti che con il loro comportamemto collettivo producono le proprietà delle particelle, che a loro volta si organizzano in atomi, gli atomi in cellule viventi e così via fino alla mia mente che riflette su queste cose e scrive un post per questo blog.
L’universo è fatto a strati come una cipolla e l’oceano di bosoni Higgs (o “campo di Higgs” come lo chiamano più prosaicamente i fisici) è lo strato più profondo che siamo riusciti a toccare.
ma quindi il vuoto cosmico non esiste ed è invece pieno di questi bosoni?
e poi non ho capito un’altra cosa, le particelle elementari sono formate da bosoni o i bosoni sono entità a se che nel loro singolo influenzano l’universo?
Il vuoto non esiste ed è pieno di bosoni Higgs.
Le comuni particelle elementari e i bosoni Higgs ad alta temperatura (pochi istanti dopo la formazione dell’universo) erano fisicamente la stessa cosa. I fisici parlano di simmetria per esprimere questo concetto. Quando poi la temperatura è calata la simmetria si è rotta e si sono formati particelle di ogni tipo tra cui un oceano di bosoni Higgs. Un po’ come l’acqua quando si trasforma in tanti diversi fiocchi di neve. L’acqua è una sostanza simmetrica (uniforme e isotropa), ma quando si congela perde la sua simmetria perché forma fiocchi di forme diverse.
I bosoni stanno a parte, lo dice anche nel testo..E il cosmo non è vuoto, il vuoto assoluto manca anche li. È buffo poi parlare di vuoto: se tutto è fatto di atomi, e gli atomi al loro interno hanno elettroni che girano nel vuoto, allora tutto è vuoto…
Ma l’esperimento stupido per misurare la presenza dell’etere quale è?
Perché è buffo parlare di vuoto? Per quasi tutti i fini pratici l’universo è essenzialmente vuoto. Gli atomi sono palloncini quasi interamente vuoti (a parte qualche elettrone svolazzante qua e là) con un piccolissimo nucleo centrale massivo. I raggi X, i raggi gamma, i neutrini attraversano la materia proprio perché questa è essenzialmente fatta di vuoto. Semmai è più difficile capire come uno spazio pieno di bosoni Higgs possa comportarsi come uno spazio vuoto.
L’esperimento per misurare il vento d’etere è quello di Michelson-Morley: http://en.wikipedia.org/wiki/Michelson–Morley_experiment
Pur essendo laureato in Fisica, le recenti scoperte mi riempiono di uno stupore quasi religioso . Educato alla Fisica classica, a stento in grado di abbracciare il significato del principio di indeterminazione di Heisenberg e la teoria della relatività di Einstein, la conferma dell’esistenza dei bosoni di Higgs e le sue implicazioni mi lascia senza fiato: provo un rinnovato senso di sgomento per il contrasto tra l’immensità del mistero che ci circonda e la nostra insignificanza. In questo sgomento, l’unico conforto è la coscienza che tutte le grandi scoperte che hanno cambiato il mondo della Fisica sono state guidate e sono rette da leggi matematiche, che il nostro cervello è stato capace di concepire anche quando non esisteva evidenza sperimentale dei fenomeni descritti. Così e stato anche per il bosone di Higgs. Questo della razionalità matematica dell’universo è forse il mistero più grande di tutti.
ora mi è tutto molto più chiaro, il che mi fa sorgere una domanda: è possibile che i bosoni siano formati da particelle più piccole? ed in generale, le particelle più piccole le abbiamo trovate? tutto questo supponendo che prima poi un minimo ci dovrà essere!
Una delle cose più sorprendenti della fisica delle particelle è che non esistono particelle più piccole o più grandi: sono tutti punti geometrici!! Ciò che cambia sono le proprietà, ma non la dimensione fisica.
potrebbe essere l’idea di partenza per un nuovo libro?
Ne ho già in cantiere due, che non so se riuscirò mai a terminare!
beh…….
per ora con l’esperimento del LHC di Ginervra, gli scienziati hanno trovato una particella con certe caratteristiche (valore di energia) che rientra nel range di energia che la teoria tradizionale (“il modello standard”) prevede che debba avere il bosene di Higgs.
chi ci assicura che la particella creata durante l’esperimento sia il bosone di higgs??
nell’esperimento al LHC è stata raggiunta l’energia massima mai toccata prima d’ora, cioè 8000 miliardi di elettronvolt (8 TeV) ed è uscita una particella con massa di 125-126 GeV.
E allora??
chi ci dice che quando il LHC raggiungerà i 15-20 TeV non esca fuori un’altra particella ancora più massiva…. che allora chiameremo “il mega bosone”.
Non è che per caso stiamo andando a caccia di streghe???
diversi scienziati sono fortemente scettici riguardo tali esperimenti
la descrizione della realtà deve essere semplice, e mi pare che il modello standard per continuare a reggersi la complica eccessivamente. E più si va avanti e meno si regge (non spiega la “materia oscura” che tiene unite le stelle nelle galassie, ne l’energia oscura che spinge le stesse ad un’accelerazione via via maggiore)
alcune volte bisognerebbe fermarsi e porsi la domanda del perché la natura si comporta in questo modo e non prendere come assioma alcuni comportamenti della natura stessa.
Perché la luce in un mezzo ha velocità sempre costante per qualunque osservatore??
Il perché della natura ondulatorio-corpuscolare della materia… cosa fa l’elettrone nell’intorno del nucleo dell’atomo?
E non si risponda con la solita indeterminazione o calcolo delle probabilità, perché sulla base della meccanica classica si è cercato di spiegare un comportamento ambiguo e apparentemente “strano”.
Bisogna capire il motivo di fondo che determinano tali comportamenti e non solo osservarli e descriverli in termini matematici.
Non basta….
bisogna cercare di dare una spiegazione di “fondo”.
E il “fondo” potrebbe essere una nuova natura dello spazio che ci circonda…..
niente campo di higgs,
ma uno spazio quantico; uno spazio che non è il solito sistema di riferimento inerziale di Newton ma qualcosa di più complesso e “vivo”.
Ovviamente in totale assenza di tempo..
non esiste il tempo…