Possibile? Impossibile? Meglio "mai dire mai"

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Mai. Impossibile. Parole che, nel linguaggio scientifico, stiamo imparando a usare con molta cautela. Con il passare del tempo diventiamo sempre più consapevoli che molto di quanto è impossibile oggi, lo è probabilmente per mancanza di un’adeguata tecnologia e non perché viola una qualche legge assoluta. L’impossibile di oggi potrebbe quindi diventare possibile o addirittura normale in futuro. 

L’impossibile di ieri e di oggi

Stiamo imparando a distinguere tra attualmente impossibile e assolutamente impossibile. Questo ci dovrebbe permettere di evitare affermazioni drastiche che potrebbero poi diventare fonte di imbarazzo. Come quelle fatte in passato da alcuni famosi scienziati e filosofi. Auguste Comte, per esempio, nel 1835 si sbilanciò con un’affermazione abbastanza perentoria. Disse che non avremmo mai potuto in alcun modo studiare la composizione chimica delle stelle. Da bravo filosofo positivista era convinto che avremmo potuto capire la natura della materia che componeva le stelle solamente se l’avessimo potuta analizzare in laboratorio.
E pensare che le basi per smentire Comte erano già state gettate vent’anni prima dagli studi di Fraunhofer, che aveva ripreso il metodo di Newton di scomporre la luce solare con un prisma e aveva notato le righe di assorbimento nello spettro del Sole, classificandone più di 500!
Quindici anni dopo l’incauta affermazione di Comte divenne chiaro che le righe di assorbimento erano dovute alla presenza di alcuni elementi chimici nell’atmosfera del Sole. Idrogeno, ovviamente, ma anche elio, ossigeno, sodio, ferro e altri ancora. Oggi la spettroscopia stellare ci permette di conoscere non solo la composizione chimica delle stelle ma anche la loro età e temperatura, di studiarne la rotazione e, in determinate circostanze, di capire se esse siano caratterizzate dalla presenza di un sistema planetario.

Un altro scienziato (questa volta un fisico) che si lasciò andare ad affermazioni perentorie sull’impossibilità di taluni accadimenti fu William Thomson, meglio noto come Lord Kelvin. Nel 1895 Thomson sostenne che macchine volanti più pesanti dell’aria erano impossibili. Otto anni dopo, nel 1903, i fratelli Wright portavano a compimento, con successo, il primo volo controllato e con pilota a bordo di un aeroplano a motore, il Wright Flyer. Successivamente, una volta che gli aeroplani presero piede, altri negarono la possibilità di “volare” al di fuori dell’atmosfera e di intraprendere viaggi nello spazio.

Poco più di un secolo prima, il chimico Lavoisier, coinvolto nell’analisi di alcuni campioni di una pioggia di pietre registrata nel 1768 in un paesino francese, aveva escluso con assoluta certezza che le pietre potessero provenire dal cielo, adducendo come incontrovertibile motivo che non vi erano pietre in cielo. L’effetto di questa dichiarata impossibilità fu che per molti anni le piogge meteoritiche vennero semplicemente ignorate, ritardando il loro studio e la comprensione della loro origine extraterrestre. Cosa che avvenne a cavallo dell’Ottocento – non senza difficoltà – grazie alla tenacia e ai lavori di Ernst Chladni e Jean-Baptiste Biot. Vi sono anche esempi contemporanei.
Ancor oggi, infatti, può succedere di etichettare come impossibili cose possibili! L’ha fatto, per anni, l’establishment dei chimici nei confronti dei risultati di Dan Shechtman e della sua scoperta, nel 1982, di materiali che mostravano configurazioni ordinate e aperiodiche con simmetrie esotiche: i quasicristalli. Salvo poi rimediare assegnandogli, proprio per questa sua scoperta a lungo contestata, il premio Nobel per la chimica del 2011.

Saggezza dunque vuole che ci si limiti a definire come impossibile solo ciò che viola le cosiddette leggi fondamentali della Natura e ad ammettere come possibile tutto il resto, pur consapevoli che dovremo attendere ulteriori sviluppi tecnologici per vederlo realizzato.

Il possibile quantistico

Con lo sviluppo della meccanica quantistica abbiamo avuto modo di rivedere alcune di queste leggi, comprendendo che a livello microscopico sono permessi e osservati fenomeni sconosciuti a livello macroscopico. È come se esistessero due realtà: una quotidiana e “normale”, in cui molte cose rimangono impossibili, e una un po’ strana ed estrema dove i fisici osservano fenomeni bizzarri e anti-intuitivi. Per esempio, una persona che si trovi in una stanza dotata di una parete con due porte può uscirne scegliendo di passare dall’una piuttosto che dall’altra. Certamente non passando contemporaneamente da entrambe! Una particella, invece, può passare da entrambe, come dimostrano gli esperimenti di interferenza condotti inviando elettroni verso un rivelatore e frapponendo uno schermo con una doppia fenditura.

Ciò che sta emergendo come particolarmente interessante è che il fenomeno non è circoscritto alle sole particelle elementari. Il comportamento ondulatorio della materia (che ben spiega i fenomeni d’interferenza) è stato infatti verificato, sempre con l’esperimento della doppia fenditura, anche con molecole complesse come i fullereni (C60 e C70), i fluorofullereni, composti da 60 atomi di carbonio e 48 di fluoro, e anche con oggetti di scala mesoscopica (correnti elettriche in nanocircuiti).

Qual è dunque il limite dell’applicabilità delle leggi quantistiche che sembrano continuamente ridefinire il concetto di possibile e impossibile? Forse quello in cui diventa inevitabile la decoerenza che deriva dall’interazione del sistema con il mondo circostante e che distrugge quella sovrapposizione di stati caratteristica dei sistemi quantistici. Non è chiaro tuttavia se esista un limite oltre al quale la decoerenza diventi inevitabile. In altre parole, non sappiamo se vi sia una legge fondamentale che impedisce categoricamente a un sistema macroscopico di mantenere e mostrare comportamenti quantistici.

In questi ultimi anni diversi esperimenti di teletrasporto quantistico sono stati condotti con successo (anche se limitatamente al teletrasporto da un angolo a un altro di un laboratorio) di un singolo fotone (ma anche dello spin nucleare o dello stato quantistico di uno ione intrappolato). Con il tempo sono stati teletrasportati anche atomi, e la distanza è aumentata considerevolmente passando da qualche metro a quella che divide le sponde opposte del Danubio nella regione di Vienna, e poi in due diverse isole delle Canarie. Attualmente il record è detenuto da un esperimento eseguito in Italia con il Matera Laser Ranging Observatory che ha operato con successo tra la Terra e un satellite in orbita bassa. Il teletrasporto quantistico, basato sull’entanglement tra le due entità in considerazione (fotoni o ioni, per esempio) fa sì che, pur essendo distanti tra di loro, esse risentano reciprocamente e istantaneamente di una modifica dello stato quantistico di una delle due. Operando sull’una si ottiene quindi un effetto immediato sull’altra.

Che cosa è impossibile?

Ecco dunque che diventa prudente, per non rischiare di essere smentiti dalle future generazioni, non considerare più come assolutamente impossibile il teletrasporto, un fenomeno che sembrava limitato alla fantascienza. Gli bastava dire «Beam me up Scotty», e il capitano Kirk si dematerializzava in un luogo per ricomparire sul ponte di comando dell’Enterprise.

Conosciamo leggi veramente fondamentali che non possono, né ora né mai, essere violate?
La mia generazione è cresciuta credendo nel principio di conservazione dell’energia, in quello di indeterminazione di Heisenberg e in quello di esclusione di Pauli. E anche imparando che la velocità della luce rappresenta un limite assoluto che una particella materiale non può mai raggiungere (sarebbe necessaria una quantità infinita di energia), men che meno superare. Il recente caso dei neutrini alla fine ha confermato questo "impossibile". Ma se fosse verificato che alcune particelle elementari possono superare in velocità la luce, si aprirebbero nuove possibilità, attualmente non considerate.

Ma esiste allora qualcosa di certamente impossibile? Ai curiosi consiglio la lettura di un bel libro scritto da Michio Kaku e pubblicato qualche anno fa in Italia da Codice edizioni: Fisica dell’impossibile.

Tratto da: Le Stelle - n°105, Aprile 2012

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Piani ondulati attraversati da fenditure dai contorni slabbrati. Sfere dalla superficie solcata da crepe. Aree segnate da grinze e increspature. Sono immagini che evocano paesaggi – se non addirittura pianeti – surreali, ma che in realtà simulano mondi microscopici, strutture molecolari che si deformano, si piegano e, in alcuni casi, si rompono.