Le Vite parallele di Plutarco, destinate a enorme fortuna fino all’epoca contemporanea, si basavano su un’idea tipica dell’uomo dell’età classica: scrutare, nel parallelismo tra due personaggi vissuti in epoche anche molto lontane tra loro, fattori comuni dettati dal fato, dall’ordito della vita incessantemente tessuto dalle Parche e imponderabile persino agli dèi.
Paul Halpern, fisico e docente alla University of the Sciences a Filadelfia, basa invece le sue vite parallele su un’idea tipica dell’uomo di scienza del XXI secolo: le persone che vivono in una stessa epoca e condividono le stesse domande sono destinate a entrare in uno stato di entanglement, di intreccio inestricabile che porterà ciascuno a influenzare inesorabilmente l’altro. È stato così per le vite di Albert Einstein ed Erwin Schrödinger narrate da Halpern nel godibilissimo I dadi di Einstein e i gatti di Schrödinger, che si concentrava sull’attività più tarda di questi due giganti della fisica moderna e sul loro impegno per una teoria unificata della realtà. Avviene lo stesso ne Il labirinto dei quanti, nel quale le vite parallele sono quelle di Richard Feynman e John Archibald Wheeler.
Feynman e Wheeler appartengono alla generazione successiva a quella di Einstein e Schrödinger. Se i primi erano stati i pionieri, gli apripista, i secondi dovettero affrontare la loro pesantissima eredità: trovare nuovi modi per trattare la meccanica quantistica e la relatività generale e spiegarle a nuove generazioni di studenti, senza perdere di vista, tuttavia, il vero lascito spirituale di quei due pionieri, vale a dire la ricerca della vera essenza della realtà.
Rivoluzionari della fisica
Apparentemente, Feynman e Wheeler non potevano essere più diversi. Il primo, continuamente a disagio con ogni tipo di convenzione, prendeva tutto come uno scherzo, si divertiva a dare un’immagine eccentrica di sé, trasformava le sue lezioni in autentici show e conservò, fino in tarda età, un’immagine di ragazzino; il secondo, dall’aspetto austero, quasi vittoriano, non avrebbe scambiato con niente al mondo la sua esistenza ben divisa tra il lavoro accademico a Princeton e la vita familiare con la moglie e i figli nella sua casetta in perfetto stile middle class di metà secolo scorso.
John Wheeler (1911-2008) e Richard Feynman (1918-1988).
Eppure, entrambi condividevano non solo un irrefrenabile umorismo, al punto da trascorre ore a scambiarsi idee ridacchiando e facendo battute, ma anche un approccio del tutto rivoluzionario alla fisica. Anzi: se Feynman, che diede al mondo un nuovo metodo di calcolo per l’elettrodinamica quantistica (la teoria che “descrivere tutti i fenomeni del mondo fisico” tranne gravità e radioattività, come ricordava Feynman nelle sue conferenze divulgative sul tema raccolte in un autentico bestseller, QED), conservava un atteggiamento molto pratico e ortodosso, tipico della mentalità “zitto e calcola” che dominava i dipartimenti di fisica in quegli anni, mai mancando di esprimere il suo disprezzo per la filosofia e le idee speculative, Wheeler fu in questo ben più eterodosso.
Ai convegni, Feynman si presentava in maniche di camicia e forniva una limpida, precisa immagine della fisica convenzionale; Wheeler, all’opposto, in giacca e cravatta e con tono professorale, sconvolgeva l’uditorio parlando di “geometrodinamica”, wormhole e universo partecipativo. Non lasciava inesplorata nessuna ipotesi, per quanto bizzarra potesse apparire. Avendo studiato con Niels Bohr, uno dei padri della meccanica quantistica, aveva imparato molto presto che la nuova fisica richiedeva una mente quanto più aperta possibile per considerare ogni possibile opzione. E nel suo libro Halpern le racconta tutte: dall’idea che esista un solo elettrone nell’universo, che andrebbe continuamente avanti e indietro nel tempo permettendo alla materia di strutturarsi come la percepiamo, ai “geoni”, agglomerati di energia autoconsistenti tenuti insieme dalla forza gravitazionale, con cui intendeva rifondare tutta la fisica atomica, fino alle successive teorie sulla “schiuma quantistica” di cui sarebbe composto il tessuto dello spazio-tempo e sull’It from Bit, secondo cui la teoria dell’informazione sarebbe in grado di spiegare l’essenza della realtà, grazie a una sorta di codice sorgente dell’universo.
Il gatto di Schrödinger? Crediti: Andrea Minini.
Pur se rivoluzionari, comunque, entrambi si trovarono ad avere a che fare con un compito che non era stato richiesto ai padri fondatori della relatività e della fisica quantistica: sistematizzarne le teorie in libri di testo su cui formare i nuovi studenti. Entrambi realizzarono due capolavori di didattica e divulgazione: le Feynman Lectures, vero e proprio “vangelo” di generazioni di fisici, ancora oggi pubblicate e consultate (anche in Italia, edite da Zanichelli in tre volumi col titolo La fisica di Feynman) e il monumentale Gravitation pubblicato da Wheeler con i suoi discepoli Charles Misner e il futuro premio Nobel Kip Thorne (noto ai seguaci con le iniziali dei loro autori MTW). Entrambi avrebbero potuto dire, come Napoleone nel 1799: “La Rivoluzione è finita, essa è fissata ai prìncipi che ne hanno dato l’origine”.
Apprendisti stregoni
Si erano conosciuti a Princeton nella primavera del 1939. Wheeler, appena ventottenne, era già assistant professor, e Feynman gli era stato assegnato come dottorando. Il primo settembre, giorno in cui Hitler lanciava l’attacco alla Polonia, Wheeler e Bohr – all’epoca anche lui a Princeton – pubblicarono un articolo dal titolo I meccanismi della fissione nucleare. Erano stati tra i primi a sapere che in Germania era stata realizzata una fissione del nucleo di un isotopo dell’uranio. Il destino volle che fossero anche tra i primi a immaginare che quell’energia, scatenata da una reazione a catena, potesse trasformarsi in un’arma, che bisognava a tutti i costi realizzare prima che ci riuscissero i nazisti (che per fortuna, invece, non ne fecero niente).
Albert Einstein, anch’egli a Princeton, e con cui Wheeler si intratteneva spesso per discutere di relatività generale, iniziò la sua pressione sulla Casa Bianca perché finanziasse il progetto. Alla fine del 1941, mentre gli Stati Uniti entravano in guerra all’indomani di Pearl Harbour, nasceva il progetto Manhattan. Feynman e Wheeler si trasferirono a Los Alamos nel 1943, quando il progetto era ormai diventato troppo grande e complesso per potere essere gestito da gruppi di ricerca in luoghi separati e all’interno delle mura universitarie.
Il controllo militare, affidato al generale Leslie Groves, impose la massima segretezza. Ciò non impedì a Feynman di mettersi in mostra in spettacolari dimostrazioni delle falle nella sicurezza, uscendo da buchi nella recinzione o scassinando casseforti dove erano custoditi i segreti atomici. Wheeler, dal canto suo, a guerra finita, si trovò immischiato in un’imbarazzante vicenda quando, durante un viaggio in treno, si addormentò e si vide sottratti i documenti sulla costruzione della super (la bomba H) che aveva pensato con molta leggerezza di portare con sé; fu necessario far perquisire tutto il treno e i passeggeri dalle autorità, ma il dossier non uscì fuori e Wheeler subì il rimprovero presidenziale.
I celebri diagrammi di Feynman, usati per descrivere le interazioni delle particelle nell’elettrodinamica quantistica, in un episodio di The Big Bang Theory.
Tutti e due, comunque, diedero il loro convinto appoggio al programma nucleare. Come ricorda Halpern, entrambi persero due loro affetti in quei mesi. La prima moglie di Feynman, Arline, gravemente malata di tubercolosi, si spense dopo una lunga a coraggiosa battaglia, costringendo Feynman a dedicare tutto sé stesso al lavoro. Wheeler ricevette invece una cartolina dall’Europa da parte di suo fratello, nell’estate del 1944, con una sola parola: “Sbrigati!”. Il fratello Joe lo sollecitava a terminare il lavoro a Los Alamos, che sperava potesse essere risolutivo per il conflitto, prima che fosse troppo tardi. Ma fu troppo tardi, e Joe fu ucciso in Italia; il suo corpo venne riconosciuto solo due anni dopo. In quel vasto dramma collettivo che fu il progetto Manhattan, insomma, non ci fu tempo per pensare alle conseguenze e nessuno dei due espresse rimpianti in un primo momento. Wheeler lo fece molto tempo dopo, ma rimproverando alla politica la negligenza nell’aver avviato il programma solo due anni dopo l’inizio della guerra in Europa: quei due anni avrebbero potuto fare la differenza tra la vita e la morte del fratello Joe.
Il labirinto dei quanti
Il titolo del libro di Halpern è un sottile riferimento all’idea che accomunò, pur con tutte le loro differenze, Feynman e Wheeler. La rivoluzionaria idea espressa da Feynman nel suo dottorato, ossia l’integrale sui cammini (o “somma sulle storie”, come fu ribattezzata da Wheeler, che aveva un tocco per i nomi evocativi, come “buco nero” e “schiuma quantistica”), a cui avrebbe poi dato forma visiva con i celebri diagrammi e che gli valse il premio Nobel, si fondava sulla concezione di una realtà in cui tutte le possibili opzioni possono esistere in contemporanea.
L’ampiezza di probabilità che definisce l’indeterminazione intrinseca di un sistema quantistico fu infatti immaginata da Feynman come l’insieme di tutti i possibili percorsi (“cammini”) che una particella può assumere andando da un punto A a un punto B in un dato lasso di tempo. Tutti quei sentieri, come nel racconto di Jorge Luis Borges, Il giardino dei sentieri che si biforcano, ricordato da Halpern nel libro, sono reali “in potenza” nel reame quantistico. La formulazione matematica di Feynman prevedeva di tenerne conto nei calcoli.
Wheeler, che dei due era decisamente quello che più si faceva trasportare dalle speculazioni, ne fu estasiato. Si convinse sempre più che quell’idea nascondesse una concezione più profonda della realtà fisica. Il suo allievo Hugh Everett l’approfondì con l’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica (pudicamente ribattezzata, nella sua tesi di dottorato, “formulazione degli stati relativi”).
In quella concezione, il giardino dei sentieri che si biforcano diventa reale e ogni singolo cammino della particella assume esistenza fisica in un altro mondo (o universo). Sulla base di questa idea, Wheeler sviluppò col suo collega Bryce DeWitt l’equazione che porta il loro nome e cerca di descrivere la dinamica dell’intero universo in chiave quantistica: scoprendo che l’equazione di Wheeler-DeWitt non prevedeva la funzione “tempo”, come se l’intero universo fosse congelato in un unico istante, Wheeler concluse che le interpretazioni tradizionali della meccanica quantistica, come quella difesa dal suo maestro Niels Bohr, che assegnano un ruolo essenziale all’osservatore esterno al sistema, erano sbagliate perché se si assume l’intero universo come un sistema quantistico, non può esistere un osservatore esterno a esso (a meno di non prevedere l’esistenza di Dio).
L’interpretazione di Copenaghen (proposta da Niels Bohr) prevede un ruolo determinante dell’osservatore nel passaggio dall’indeterminazione quantistica alla fisica classica. Crediti: Sam Chivers.
I “molti mondi” di Everett, che fanno a meno di un osservatore esterno al sistema per il passaggio dall’indeterminazione quantistica al determinismo classico, risolvevano il problema, sebbene a prezzo di una continua, infinita scissione della realtà. Eppure, l’universo immaginato da Wheeler non fa a meno dell’osservatore, anzi gli attribuisce un ruolo che nessun altro fisico sarebbe stato disposto ad affidargli, tanto meno Feynman, che davanti a queste idee alzava entrambe le sopracciglia.
L’idea di un “universo partecipativo”, una delle più radicali ed eterodosse di Wheeler, presupponeva proprio questo: l’universo è un circuito autoeccitato, in cui l’osservazione retroattiva del suo passato da parte di esseri intelligenti (come si suppone siano gli scienziati e in generale gli esseri umani) ne fornisce le peculiari caratteristiche che osserviamo.
Di tutti i cammini possibili, l’universo assume quello in cui la vita intelligente può esistere perché noi esistiamo: il celebre esperimento della scelta ritardata, un esperimento mentale immaginato da Wheeler e poi confermato dagli esperimenti, sembrò dargli ragione. È possibile, sfruttando i paradossi della meccanica quantistica, dimostrare che la scelta di quale cammino intraprendere venga effettuata retroattivamente in base al sistema di rilevamento scelto dallo sperimentatore (l’osservatore). Ma l’osservatore non è un soggetto esterno al mondo. È parte del mondo stesso, partecipa del mondo. Questa convinzione non lo abbandonerà fino alla morte, nel 2008, a 97 anni:
“Un tempo pensavamo che il mondo esistesse «là fuori», indipendentemente da noi, gli osservatori, nascosti al riparo di una lastra di vetro spessa trenta centimetri, che ci limitiamo a osservare senza venire coinvolti. Però, nel frattempo siamo giunti alla conclusione che non è così che va il mondo. Piuttosto, dobbiamo rompere il vetro, infilarci lì dentro”
(Wheeler, cit. in Gefter, 2015).
- Richard Feynman, QED, Adelphi, Milano, 1989.
- Richard Feynman, La fisica di Feynman, 3 voll., Zanichelli, Bologna, 2017.
- Amanda Gefter, Due intrusi nel mondo di Einstein, Raffaello Cortina, Milano, 2015.
- Paul Halpern, I dadi di Einstein e il gatto di Schrödinger, Raffaello Cortina, Milano, 2016.
- Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John A. Wheeler, Gravitation, W.H. Freeman, San Francisco, 1973.
