Filosofia e fisica quantistica

di Eros Barone

È una grande scienza sapere ciò che si sa.
G. W. Leibniz 

Ogni scienza sarebbe superflua se l’essenza delle cose e la loro forma fenomenica direttamente coincidessero.
K. Marx 

È ampiamente noto che la storia della ricerca scientifica nel campo della fisica quantistica ha posto problemi di grande rilevanza filosofica ed epistemologica che hanno indotto gli studiosi ad inserire la loro esplorazione dei sistemi atomici in un contesto più generale di quello strettamente scientifico. In tal senso, i rilevanti cambiamenti di prospettiva richiesti dalla fisica quantistica hanno reso questi problemi ineludibili per tutti coloro che nutrono interesse verso le implicazioni concettuali della scienza. D’altra parte, va sottolineato che la forte interazione tra la scienza e la filosofia, che caratterizza la fisica quantistica, non è dovuta a puri motivi storici o culturali, ma è stata imposta dalla natura stessa, sicché diventa necessario mostrare come fondamentali temi filosofici si colleghino in modo naturale alla problematica generata dagli studi e dalle ricerche sui sistemi atomici. Passiamo quindi ad esaminare, al fine di tratteggiare la personalità filosofico-scientifica dei maggiori protagonisti della nuova fisica, alcune specifiche posizioni circa la realtà e la sua conoscibilità.

1. L’idealismo e le sue derivazioni

Per l’idealismo l’oggetto del conoscere è l’idea; ma se questa è pensata come indipendente dal conoscere e meta esterna ad esso (il che accade, per esempio, nel platonismo), questo punto di vista è ancora realistico. Invece l’idealismo moderno è soggettivistico: l’oggetto del conoscere è posto, prodotto, “creato” dall’attività dello stesso soggetto conoscente. Ovviamente esistono varie versioni dell’idealismo, più o meno radicali, che vanno dall’ipotesi secondo cui le rappresentazioni della mente hanno un livello più elevato di esistenza che non gli oggetti, a quella secondo cui gli oggetti sono creati dalla mente, fino alla posizione estrema per cui non vi è nient’altro che la mente.

Una posizione importante per la tendenza oggettivistica che esprime e per il rigore teoretico del confronto tra la filosofia e la scienza è quella rappresentata, nel periodo storico a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo dall’idealismo hegeliano, fonte ancor oggi di suggestioni e direttrici di ricerca tutt’altro che caduche (basti pensare alla tematica del calcolo infinitesimale trattata nella Scienza della logica).

Nella filosofia contemporanea prevalgono peraltro posizioni di tipo idealistico che, sebbene profondamente trasformate in senso analitico, influenzano in misura notevole l’interpretazione della fisica contemporanea. Largamente diffuso, soprattutto tra le filosofie di tipo empiristico (empiriocriticismo di Mach, atomismo logico di Russell, pragmatismo di James, neopositivismo di Ayer), è il fenomenismo (detto anche “monismo neutro”), per cui l’oggetto primo e fondamentale del conoscere sono i fenomeni, ossia gli eventi sensibili immediati. Di solito associato con questo fenomenismo si ritrova un costruttivismo per il quale i fenomeni costituiscono non tanto l’oggetto del conoscere quanto i dati, i materiali, di cui l’oggetto stesso è costituito, e a partire dai quali viene costruito. Questo punto di vista è stato sviluppato soprattutto da Bertrand Russell e in seguito dai neopositivisti. I fenomeni entrano come elementi in costruzioni più o meno complesse, dette “descrizioni”, nelle quali entrano in funzione operazioni logiche di livello più o meno elevato.

2. Il realismo

Questa posizione, antitetica a quella dell’idealismo e delle sue derivazioni empiristiche, afferma che gli oggetti del mondo esterno reale hanno un’esistenza del tutto indipendente dal loro essere percepiti. Per il realismo l’oggetto del conoscere è appunto un’entità, di solito concepita come una sostanza, in sé sussistente e indipendente dal conoscere stesso. Questa posizione che, quanto meno a prima vista, è conforme al senso comune, si ritrova nella maggior parte dei filosofi del passato (a partire da Aristotele) ed è entrata in crisi soprattutto per opera degli empiristi inglesi (Berkeley e Hume), di Kant e degli idealisti post-kantiani. Nell’Ottocento ha avuto il suo massimo assertore in Johann Herbart; nel pensiero contemporaneo è assai meno diffusa, tuttavia viene energicamente difesa, oltre che dai materialisti dialettici, da Nicolai Hartmann, per il quale l’impostazione critica del problema della conoscenza richiede un ‘minimum’ di ammissione metafisica costituita, per l’appunto dalla postulazione di un oggetto del conoscere esterno al conoscere stesso. Anche del realismo esistono varie versioni, la più semplice delle quali, il cosiddetto realismo ingenuo, asserisce che nel processo percettivo si acquista una conoscenza diretta degli oggetti e delle loro proprietà. Pur ammettendo che questo processo può, in qualche misura, falsare la conoscenza dell’oggetto, resta come un punto irrinunciabile della posizione realista l’assunzione che l’oggetto sia distinto e indipendente dalla sua percezione. Va sottolineato che adottare una posizione realista non richiede alcuno specifico atteggiamento nei confronti del problema della mente e della percezione cosciente, in particolare circa il suo dipendere in parte o interamente dalla materia (come sostiene il materialismo), se non quello di accettare, contrariamente ad alcune versioni dell’idealismo, che “là fuori” certamente esiste qualcosa (cioè gli oggetti) oltre alla mente e alla percezione¹.

3. Il materialismo

Il termine di materialismo designa una teoria filosofica che vede nella materia la sola causa delle cose ed afferma che tutto ciò che esiste è subordinato o può venire ridotto agli oggetti materiali e alle loro relazioni. La storia di questa corrente filosofica, non meno lunga che affascinante, comincia nell’età antica e medievale e prosegue nell’età moderna e contemporanea. La concezione materialistica sembrò entrare in crisi nel XX secolo, quando si produssero tre rilevanti elementi di questa crisi: il modello del mondo finito anche se in espansione, la teoria della relatività, la fisica quantistica e il principio di indeterminazione.

Sembrò così che il materialismo fosse stato confutato in alcuni suoi punti chiave, cioè la teoria della infinità del mondo, l’assolutezza del riferimento spaziale e temporale e addirittura la stessa materialità del mondo. A queste conclusioni è stato obiettato che la scoperta di un campo di possibilità nell’ambito della realtà (che è il risultato più importante della fisica quantistica) non contrasta con la materialità del mondo. Come ogni uomo sa di avere possibilità diverse di azione, così anche nella materia si verifica la produzione del nuovo. Il mondo in cui viviamo non è una semplice continuazione del passato, ma è una produzione di “quanti d’azione” che, come tali, ancora non esistono. Del resto, con l’aiuto della meccanica quantistica diventa possibile calcolare quando sia possibile che una particella si trovi in una determinata posizione. In tal modo si ricrea un nesso possibilità-necessità in cui si ritrova la materialità del mondo.

Il modello materialistico e dialettico dimostra pertanto di essere utile alla scienza, in primo luogo, per la consapevolezza metodica che dà alla ricerca e grazie alla quale i concetti scientifici ricevono il loro contenuto solo da ciò che noi sappiamo del mondo, e non da ciò che noi mettiamo in questo col nostro pensiero; in secondo luogo, per la tendenza che esso manifesta a scoprire la relazione interna tra i diversi gradi dell’essere e per il tentativo di distruggere, volta a volta, il carattere assoluto del modo di presentarsi delle cose; in terzo luogo, perché la dialettica non è solo un metodo di esposizione, ma è innanzitutto un metodo di ricerca. La scienza moderna ha mostrato come sia le leggi dei fatti macroscopici sia quelle dei fatti microscopici svelino conformità di fatto, che si sono rivelate al nostro sperimentare. Da un punto di vista filosofico, la compresenza dei due modelli di interpretazione della realtà (quello microscopico, legato al possibile, e quello macroscopico legato al necessario) pone dunque un problema di ‘livelli’ e conferma l’esigenza squisitamente dialettica di istituire un nesso e una disposizione delle conclusioni sperimentali, che tendano (almeno come ideale) ad ordinarle attenuandone le demarcazioni. A proposito dell’unità che ne risulta va però sottolineata l’avvertenza metodica, per cui l’unità non può essere l’essenza semplice, originaria e universale, ma l’unità della complessità stessa, il che significa che il modo di organizzazione e di articolazione della complessità costituisce l’unità.

Questa avvertenza incide anche sul nuovo significato che i rapporti passato-futuro, realtà-possibilità assumono nella nostra ottica. Per il materialismo meccanicistico non esiste propriamente futuro perché il modello del mondo è dato dalla ripetizione. In base alla meccanica quantistica, uno dei più intelligenti espositori del materialismo dialettico, Robert Havemann, ha osservato che, «se rifiutiamo la concezione meccanico-classica secondo cui il futuro sarebbe completamente determinato, ciò non significa naturalmente che consideriamo il futuro completamente indeterminato… Noi acquistiamo libertà in quanto modifichiamo le necessità, creiamo nuove possibilità e variamo il possibile. Possiamo aumentare il grado di possibilità di certi fatti e diminuire quello di altri… Dobbiamo capire che il possibile è una componente indissolubile della realtà proprio come tutto ciò che di volta in volta si attua. Sulla base della dialettica, possibilità e realtà formano un’unità contraddittoria. Esse possono essere separate solo concettualmente, ma in realtà sono indissolubilmente legate tra loro. Il reale si accende continuamente nel possibile, e nuove possibilità scaturiscono continuamente dalla realtà in sviluppo. Il reale nel senso più ampio, tutto l’essere del nostro mondo è, in pari tempo, possibilità e realt໲.

4. Il positivismo logico

Questa posizione ha profondamente influenzato alcuni dei protagonisti del dibattito sull’interpretazione della fisica quantistica. Oltre che per l’influenza che esso esercitò su Bohr e i suoi colleghi, il positivismo logico è importante per i suoi stretti agganci con il problema generale del significato dell’indagine scientifica. Tra i suoi scopi vi era anche quello di rendere più rigoroso il metodo scientifico. Infatti, esso non solo sottolinea la necessità che la teoria renda conto dei dati sperimentali, ma impone agli scienziati di non avventurarsi mai in asserzioni, congetture o ipotesi su enti, eventi o proprietà, che non risultino direttamente verificabili, evitando così illegittimi sconfinamenti in campi giudicati privi di senso, quali la metafisica o la religione. Non a caso uno dei protagonisti di questo movimento filosofico fu Ernst Mach (1838-1916), professore di fisica a Praga e a Vienna e autore di una famosa opera sulla meccanica che riscosse l’ammirazione incondizionata di Einstein.

Mach si innesta nel filone della filosofia positivista, ma concentra la sua attenzione prevalentemente sulla fisica, che egli considera il vero paradigma di ogni conoscenza. Seguendo la logica del positivismo, Mach nega qualsiasi valore, anzi qualsiasi senso, a qualunque asserzione non risulti empiricamente verificabile. Uno dei suoi attacchi ha come oggetto le idee di spazio assoluto e di tempo assoluto (idee che ovviamente non possono essere sottoposte a verifica sperimentale), sicché il suo pensiero ha certamente influenzato il giovane Einstein nello sviluppare la teoria della relatività. Sembra quasi una beffa dover riconoscere che proprio l’atteggiamento “scientificamente rigoroso” che ha motivato i positivisti abbia di fatto giocato un ruolo antiscientifico e abbia portato lo stesso Mach a schierarsi con gli oppositori di Boltzmann nel negare qualsiasi realtà agli atomi e alle molecole. In effetti, l’elaborazione della teoria cinetica dei gas era più motivata dal desiderio di giungere ad una descrizione unificata dei processi naturali che non dall’esigenza di affinare l’accordo (che era già ottimale) della termodinamica con l’esperienza^3.

Orbene, è importante rammentare che il positivismo logico nasce a Vienna intorno al 1920 ad opera di un gruppo di filosofi, scienziati e matematici, passati alla storia come componenti del Circolo di Vienna. Il leader del gruppo è Moritz Schlick, professore di filosofia presso l’università di quella città, e tra i membri vanno annoverati il filosofo Rudolf Carnap e il più grande matematico del Novecento, Kurt Gödel. Tra gli ispiratori del Circolo di Vienna vi erano, oltre a Mach, Bertrand Russell e il suo allievo Ludwig Wittgenstein. Va notato che l’elaborazione della teoria della relatività di Einstein ebbe, per esplicita ammissione dei suoi membri, una grande influenza su questo gruppo. In sostanza, il Circolo di Vienna estende l’assunzione positivista secondo cui solo la conoscenza scientifica verificabile rappresenta la vera conoscenza, aggiungendovi la richiesta di un rigore logico assoluto nell’argomentazione. Quest’ultima non deve sembrare una cosa ovvia, in quanto tale pretesa non viene intesa genericamente, ma fa un preciso riferimento agl’importanti sviluppi dei sistemi logici formali nel periodo in esame. Ne consegue che i veri cardini della conoscenza diventano la verificabilità e la deducibilità logica da premesse verificabili, cioè le tautologie. Le asserzioni metafisiche, non presentando queste caratteristiche, sono quindi prive di senso; lo stesso vale per le asserzioni etiche, estetiche e teologiche, che sono irrilevanti dal punto di vista conoscitivo e possono, al più, possedere un significato emotivo. Il positivismo logico si configura pertanto come un tentativo di ridefinire la filosofia stessa e i suoi scopi, limitando il suo oggetto all’analisi e alla definizione del linguaggio scientifico. Siccome le affermazioni che la filosofia enuncia sono di natura linguistica, non fattuale, la filosofia diventa così una parte della logica: come dirà Carnap, la filosofia è la logica delle scienze.

Ai fini della nostra ricognizione storica, giova porre in rilievo che le idee del Circolo di Vienna dominarono la filosofia della scienza non solo negli anni cruciali che qui interessano, ma anche nei decenni successivi. Questo fatto ebbe una notevole importanza: basti considerare che, come risulta evidente da quanto precede, per un positivista la posizione realista risulta insensata. Poiché non esiste alcun modo di verificare se esista qualcosa “là fuori” se non attraverso l’esperienza che ne abbiamo, asserire l’esistenza di una realtà indipendente dal soggetto percipiente (addirittura il porsi questo problema) non può risultare né vero né falso, ma semplicemente privo di senso. Analogamente, il positivismo logico sostiene che non ha alcun senso distinguere o scegliere tra due teorie rivali che abbiano lo stesso contenuto predittivo. Gli unici eventuali motivi che possono condurre a preferire una di esse sono criteri di semplicità.

L’interesse che questa sintetica ricognizione dei maggiori indirizzi filosofici presenta per la comprensione del dibattito sull’interpretazione della fisica quantistica deriva dall’averci permesso di riconoscere come il periodo storico culminato con la costituzione del Circolo di Vienna e tuttora in corso abbia visto filosofi, epistemologi e scienziati schierati su diverse posizioni. Ai fini della presente disamina hanno quindi particolare rilevanza le due concezioni antitetiche del realismo e del positivismo, che giocarono un ruolo preminente rispetto alla teoria quantistica che andava affermandosi. Entrambe queste concezioni sostenevano l’esigenza della verificabilità e della consistenza logica delle teorie fisiche; entrambe accettavano come possibile criterio guida la ricerca di qualche forma di semplicità ed eleganza; ma un baratro le divideva circa i veri scopi che esse assegnavano all’indagine scientifica.

Il positivismo porta in modo quasi naturale ad assumere posizioni strumentaliste circa la conoscenza scientifica, posizioni che risultano sotto vari aspetti simili a quelle dell’idealismo filosofico. Questo fatto può sembrare, ad un’analisi superficiale, quasi paradossale, se si considerano le motivazioni del positivismo e le sue posizioni estremamente critiche nei confronti della metafisica. D’altra parte, esso risulta comprensibile ove si tenga presente che l’insistere sulla verificabilità e sull’elaborazione logica e linguistica assegnano alla realtà mentale e al mondo delle idee un ruolo, se non esclusivo come in certe forme di idealismo, certamente predominante rispetto a quello della realtà materiale. Di fatto, lo strumentalismo assume il principio di base secondo cui le teorie scientifiche non si occupano di “quello che esiste oggettivamente là fuori”, poiché sono semplicemente degli strumenti per prevedere risultati sperimentali. Pertanto, secondo questo punto di vista non ha alcun senso porsi il quesito se le teorie scientifiche siano vere o false, poiché il loro significato deriva interamente dalla loro utilità pratica e si esaurisce in essa4. Al contrario, un realista crede nell’esistenza di una realtà esterna e ritiene scopo primario della sua indagine il comprenderla. Questa convinzione è stata espressa con grande efficacia dallo stesso Einstein: «Io voglio conoscere i pensieri di Dio, tutto il resto non sono che dettagli»⁵.

5. Le differenze tra i protagonisti della “interpretazione di Copenhagen”

Grazie alla definizione delle posizioni dei vari pensatori circa l’interpretazione della elusiva realtà dei microsistemi risulterà ora più facile individuare le tracce della loro formazione filosofica e della loro adesione all’una o all’altra delle concezioni suesposte. Cominciamo dunque dal profilo filosofico-scientifico del fondatore della meccanica quantistica e maggiore esponente della “interpretazione di Copenhagen”. La posizione di Niels Bohr (1885-1962) è alquanto articolata e non sempre chiara. Innanzitutto, Bohr attribuisce un valore assolutamente predominante al linguaggio. Egli riflette sulla pratica scientifica e osserva che, di fatto, tutti i ricercatori usano nelle loro ricerche, qualunque sia l’oggetto delle medesime, apparecchi di misura macroscopici i cui risultati vengono poi comunicati nel linguaggio tipico della fisica classica. Questo linguaggio diventa quindi una specie di prerequisito logico anche per una teoria che tratti fenomeni e processi non classici. Gli eventi del microcosmo devono essere amplificati per poter essere osservati e descritti, ma l’amplificazione coinvolge apparecchi macroscopici e una descrizione che ricorre inevitabilmente a quel linguaggio che è diventato patrimonio comune dei ricercatori scientifici fin dai tempi di Galileo e di Newton: il linguaggio della fisica classica. Si ritrova così, nella centralità che viene conferita al ruolo assolutamente preminente del linguaggio, una chiara traccia dell’insistenza del positivismo sull’analisi linguistica e logica.

La frase di Bohr, in cui egli esprime la sua posizione circa i processi microscopici e nella quale sottolinea una volta di più il ruolo essenziale del linguaggio, potrebbe essere stata scritta da uno dei fondatori del positivismo logico: «Non esiste un mondo quantistico. C’è soltanto una descrizione quantistica astratta. È sbagliato pensare che lo scopo della fisica sia di scoprire come la natura è. La fisica riguarda ciò che possiamo dire sulla natura»⁶.

Analogamente elementi chiari di una posizione positivista si possono ritrovare nella nozione di complementarità cui Bohr ha voluto dare tanta importanza. Il fatto che procedimenti diversi pongano in luce aspetti del reale che, come ebbe a notare acutamente John Bell (1928-1990), si contraddicono anziché completarsi a vicenda, non sembra disturbarlo minimamente⁷. Quali ragioni adduce Bohr per giustificare questa peculiare posizione? La ragione che egli adduce è che risulta di fatto impossibile porre in evidenza, nello stesso esperimento, aspetti contraddittori. Poiché esperimenti diversi e incompatibili non sono confrontabili, la questione se i loro risultati siano consistenti gli uni con gli altri non ha alcun senso, non può neppure venir posta. In sostanza, non è legittimo usare una descrizione al di fuori del suo stretto dominio di applicabilità.

Similmente, per Bohr i problemi interpretativi della meccanica quantistica non hanno senso in quanto ogni quesito relativo all’interpretazione viene posto nel linguaggio della fisica classica, ma si riferisce a campi estranei ad essa. Non a caso le uniche asserzioni che Bohr considera legittime sono quelle riferite a situazioni per le quali vale il principio di corrispondenza, ossia la riducibilità ad un contesto che in notevole misura rientra nel dominio della fisica classica. Vediamo così come, fin dal suo nascere, l’interpretazione ortodossa del formalismo trovi sostegno nel positivismo logico e, nel contempo, fornisca ad esso un supporto scientifico.

Riguardo all’orientamento filosofico-scientifico di Werner Heisenberg (1901-1976) è opportuno osservare che esistono notevoli differenze tra la posizione di questo pensatore e quella di Bohr. Di fatto, nel pensiero di Heisenberg va emergendo sempre più chiaramente sia la necessità di distinguere tra oggetto osservato e processo di osservazione, sia la convinzione che solo il processo di osservazione possiede una realtà effettiva, quella costituita dai suoi esiti. Emerge quindi una posizione positivista che ricorda in misura notevole quella di Mach circa i microscopici costituenti di un gas: ogni asserzione che faccia riferimento a qualcosa che va al di là della specifica esperienza diretta è priva di senso. Ciò nondimeno, Heisenberg portò alla fisica quantistica essenziali contributi, che comprendono la teoria della diffusione della luce, la meccanica delle matrici e il principio di indeterminazione. Per questo motivo, assieme a Bohr e a Born egli viene giustamente considerato uno dei tre creatori della base concettuale della meccanica quantistica. D’altra parte, l’atteggiamento epistemologico di Heisenberg fu nettamente antirealistico e contrario alle istanze della causalità e della comprensibilità. Le sue idee sono state esposte molte volte in diversi libri ed articoli e si può quindi dire che la posizione di Heisenberg sia una delle più chiare. Così, egli affermò chiaro e tondo quanto segue: «Alla luce della teoria quantistica queste particelle elementari non sono più reali nello stesso senso degli oggetti della vita quotidiana, alberi o pietre, ma appaiono come astrazioni derivate dal materiale reale delle osservazioni». Dunque, se le particelle non sono “oggetti” nel senso realistico del termine, ecco che cosa sono secondo Heisenberg: «Come i solidi regolari elementari della filosofia di Platone, le particelle elementari della fisica moderna sono definite dalle condizioni matematiche di simmetria: esse non sono né eterne né invariabili e sono ben difficilmente ciò che può essere chiamato “reale” nel vero senso della parola. Piuttosto, esse sono semplici rappresentazioni di quelle fondamentali strutture matematiche cui si giunge nel tentativo di continuare a suddividere la materia»⁸.

Heisenberg individuò nell’idea della realtà fisica la nozione che unificava i vari oppositori della meccanica quantistica. Egli scrisse infatti: «... tutti gli oppositori della interpretazione di Copenhagen sono d’accordo su di un punto. Sarebbe secondo loro desiderabile ritornare al concetto di realtà della fisica classica, ossia, per usare un termine filosofico più generale, all’ontologia del materialismo. Essi preferirebbero tornare all’idea di un mondo reale oggettivo le cui parti più piccole esistono oggettivamente nello stesso senso che esistono pietre ed alberi, indipendentemente dal fatto che noi le osserviamo o meno»⁹. Anche sulla comprensibilità le idee di Heisenberg sono state espresse con chiarezza: «Quasi ogni progresso nella scienza è stato pagato con un sacrificio, per quasi ogni nuova realizzazione intellettuale si è dovuto rinunciare a posizioni e concezioni precedenti. Perciò, in un certo modo, l’aumento della conoscenza e dell’intuizione diminuisce continuamente la pretesa dello scienziato di ‘comprendere’ la natura»¹⁰. Sulla causalità Heisenberg scrisse quanto segue: «In conclusione si potrebbe trattare quantitativamente la catena di cause ed effetti solo allorché si considerasse come parte del sistema l’universo intero; ma allora la fisica sparirebbe e rimarrebbe soltanto uno schema matematico. La suddivisione del mondo in sistema osservatore e sistema osservato impedisce così la netta formulazione della legge causale»¹¹. Quanto al principio di complementarità, Heisenberg lo accettò per molti anni, per poi orientarsi verso un suo superamento al fine di evitare qualsiasi riferimento alla realtà obiettiva (che, secondo Bohr, richiede l’adozione di immagini mutuamente escludentisi o, come egli preferiva dire, complementari). L’opposizione di Heisenberg al principio di complementarità fu dunque di tipo assai diverso da quella di Einstein, Schrödinger e de Broglie. Questi ultimi combattevano la complementarità perché non volevano accettare severe limitazioni nella capacità dell’uomo di comprendere la natura, mentre Heisenberg, il quale pensava che la fisica teorica fosse essenzialmente una creazione umana il cui solo scopo doveva essere la predizione di risultati sperimentali, proponeva di evitare qualsiasi riferimento alla realtà obiettiva, escludendo la stessa complementarità in quanto questa implicava, sia pure indirettamente, un riferimento a tale realtà.

Max Born (1882-1970) diede uno dei più importanti contributi filosofici alla meccanica quantistica. Egli sostenne che le onde che obbedivano all’equazione di Schrödinger non avevano un’esistenza oggettiva, come invece riteneva lo stesso Schrödinger, ma erano semplicemente uno strumento matematico per calcolare la densità di probabilità della posizione della particella. Secondo questa idea, la probabilità si evolve nel tempo in modo deterministico, mentre il risultato di una singola misura non può esser predetto in nessun modo. Assieme a Bohr e ad Heisenberg, Born è uno dei pochi fisici a cui si deve la creazione della struttura filosofica della meccanica quantistica. Il suo ruolo storico non solo di fondatore ma anche di coerente difensore della teoria è testimoniato dai suoi numerosi scritti e dalla sua corrispondenza scientifica con Einstein. Nel suo scritto In memoria di Einstein, commentando le diverse posizioni epistemologiche che li dividevano, Born scrive francamente che si trattava di «...una differenza fondamentale nel nostro modo di concepire la natura» e cita la celebre lettera di Einstein nella quale quest’ultimo gli scrive: «Nel nostro atteggiamento scientifico siamo agli antipodi. Tu credi nel Dio che gioca a dadi, ed io in leggi rigorose in un mondo di qualcosa che esiste oggettivamente e che cerco di afferrare in modo fortemente speculativo»¹².

Discutendo il teorema di von Neumann (1903-1957) contro le cosiddette “variabili nascoste” Born polemizzò con i fisici deterministi in questi termini: «Il risultato è che il formalismo della meccanica quantistica è univocamente determinato dagli assiomi; in particolare nessun parametro nascosto può essere introdotto in modo che la descrizione indeterministica possa essere trasformata in una deterministica. Perciò se una futura teoria dovrà essere deterministica, non potrà essere una modificazione di quella presente ma dovrà essere essenzialmente diversa. Come ciò possa essere possibile senza sacrificare un intero tesoro di risultati ben stabiliti lo lascio alla preoccupazione dei deterministi»¹³. Questa affermazione è interessante da più punti di vista, perché esprime sia la posizione di Born in difesa della meccanica quantistica, sia l’implicita affermazione di essere un indeterminista, sia infine l’opinione circa la validità del teorema di von Neumann, che fu usato spesso, e non solo da Born, come un baluardo contro gli attacchi dei “deterministi”. Per inciso, è importante notare che tale teorema è stato fortemente ridimensionato nella sua importanza da studi successivi¹⁴.

Sul principio di complementarità, introdotto da Bohr, che nega implicitamente la possibilità di comprendere i fenomeni microscopici, Born espresse piena accettazione. Sul problema della realtà obiettiva Born prese posizioni tutto sommato abbastanza ambigue, cercando di introdurla esclusivamente sotto forma di una serie di invarianti di osservazione. Born descrisse sé stesso come opposto tanto al positivismo quanto al materialismo, ma non elaborò con sufficiente chiarezza la sua posizione. Ad ogni modo, il suo ruolo storico di creatore e difensore di una teoria che limita fortemente il concetto di realtà obiettiva non può lasciare dubbi circa il carattere antirealistico della sua produzione scientifica. Del resto, è indiscutibile che l’atmosfera positivista che si respirava in quegli anni contribuì non poco a preparare il terreno per l’accettazione della teoria che risulterà vincente.

A conclusione di questa breve rassegna del pensiero dei massimi esponenti dell’interpretazione “ortodossa” della meccanica quantistica è opportuno fare alcune considerazioni. In primo luogo, occorre ammettere che risulta forzato utilizzare una sigla unica e particolarmente caratterizzata (l’“ortodossia”) per indicare una serie di posizioni che presentano differenze anche notevoli. Le citazioni dai numerosi scritti di Bohr che spesso vengono riportate da vari autori non risultano sempre chiare e neppure coerenti tra loro. Le posizioni di Bohr differiscono non poco da quelle di altri membri del gruppo. Ma al di là di rilevanti differenze esistono certamente alcuni punti che sono condivisi da tutti coloro che elaborarono l’interpretazione di Copenhagen. Innanzitutto, la posizione secondo la quale l’obiettivo della scienza è quello di prevedere gli esiti dei processi di misurazione: scopo dell’indagine scientifica non è capire quello che esiste ma quello che viene trovato. Conseguentemente, l’interpretazione fa giocare all’osservatore un ruolo assolutamente primario: a tale proposito è stato detto varie volte che la meccanica quantistica, in un certo senso, ha negato la “rivoluzione copernicana”, poiché ha rimesso l’uomo al centro dell’universo. In terzo luogo, merita di essere rilevata, da un punto di vista epistemologico, la struttura concettuale dell’interpretazione: la teoria fa solo asserzioni probabilistiche circa i risultati dei procedimenti di misurazione su sistemi fisici, ma tali asserzioni valgono soltanto se le misurazioni vengono effettivamente eseguite.

6. Gli oppositori dell’interpretazione “ortodossa”

Louis de Broglie (1892-1987) rimase sempre profondamente insoddisfatto dell’interpretazione prevalente della teoria che aveva così efficacemente contribuito a far nascere. In particolare, egli sostenne con convinzione che è errato abbandonare l’idea classica di traiettoria per le particelle materiali: l’onda quantistica gioca, sì, un ruolo importante nel determinare le traiettorie, ma la loro realtà non va messa in dubbio. L’importanza di questa posizione sarà determinante per lo sviluppo delle cosiddette “teorie a variabili nascoste”, una linea di indagine che ha innescato un dibattito, promosso ricerche teoriche e dato impulso ad una serie di esperimenti che hanno prodotto un salto qualitativo nella comprensione dei fenomeni microscopici, ponendo in evidenza aspetti che erano del tutto insospettati negli anni in cui dominava la “teoria standard”. De Broglie portò avanti con la sua tesi e con lavori successivi una linea di ricerca assai vicina epistemologicamente al punto di vista di Einstein.

È poi degno di nota che de Broglie si sia opposto agli abusi delle matematiche astratte in fisica teorica. A questo proposito egli ha scritto: «L’essenziale, quando si studia un fenomeno fisico, mi sembra dunque essere di rappresentarsi la realtà fisica che esso traduce, nel quadro dello spazio e del tempo, e di cercare di comprenderla. Dopo, ma soltanto dopo, si deve far ricorso a dei formalismi matematici per precisare la descrizione intravista. È a mio parere un grave errore il voler sviluppare un formalismo matematico senza essersi fatti in precedenza un’immagine chiara e completa dei fenomeni da descrivere»¹⁵. Infine, esplicite affermazioni favorevoli all’idea della causalità sono frequenti nelle opere di de Broglie, come ad esempio la seguente: «Senza arrivare ad affermare in modo assoluto che il determinismo è universale, penso che la ricerca della causalità che collega i fenomeni fisici successivi è sempre stata ed ancora rimane la guida più sicura nella ricerca scientifica»¹⁶.

Erwin Schrödinger (1887-1961), uno dei padri della meccanica quantistica, si muove lungo la linea di pensiero di de Broglie ed Einstein, motivato principalmente dalla sua radicata convinzione circa la necessità di salvaguardare la continuità spazio-temporale nella descrizione fisica. Discutendo a Copenhagen con Bohr e Heisenberg i problemi della nuova teoria, restò fermo sulle sue posizioni. Proverbiale è il suo gustoso riferimento ai “maledetti salti quantici”. Questo suo istintivo rifiuto della discontinuità implicata dal formalismo e dell’impossibilità di inquadrare i fenomeni in un coerente quadro spazio-temporale gli permetterà di essere uno dei pochi fisici a cogliere il significato vero e profondo del fondamentale lavoro del 1935 di Einstein, Podolsky e Rosen¹⁷. Vale poi la pena di sottolineare con particolare forza che questo fisico austriaco, contrariamente ad Einstein, non ha mai considerato l’indeterminismo quantistico come una possibile fonte di problemi. Famoso è infatti il paradosso del gatto per metà vivo e per metà morto, con cui nel l935 Schrödinger mostrò le conseguenze contraddittorie determinate dall’applicazione dell’idea della completezza della meccanica quantistica al mondo macroscopico¹⁸.

La personalità di Albert Einstein (1879-1955) fu così ricca e su di lui è stato scritto così tanto che è difficile dare un’idea abbastanza completa del suo orientamento scientifico in pochi tratti¹⁹. E tuttavia vi sono nel suo atteggiamento alcune costanti che si può immediatamente cercare di chiarire. Intanto egli si oppose alla formulazione finale della meccanica quantistica, che considerava per lo meno incompleta nello stesso senso in cui la termodinamica classica era incompleta (in quanto, cioè, non incorporava la struttura atomica dei sistemi fisici). Poi non accettò l’idea della complementarità di Bohr. Infine fu fortemente favorevole ai princìpi di causalità e di comprensibilità. In sostanza, Einstein rifiutava l’interpretazione “ortodossa” della meccanica quantistica. Egli era un realista dichiarato e insistette a più riprese sul criterio euristico secondo cui il fisico deve cercare di formarsi un’immagine mentale, quasi un’ipotetica fotografia del processo studiato, che può acquistare validità solo dopo molti controlli e che deve essere posta alla base delle sue costruzioni teoriche. Sennonché, come suole spesso accadere, il pensiero di questo genio nei confronti della meccanica quantistica è stato seriamente travisato adducendo quasi esclusivamente la sua duratura opposizione all’indeterminismo. Ma pretendere di sintetizzare il suo pensiero nella famosa frase “Dio non gioca a dadi” non rende giustizia alla profondità e alla ricchezza della sua posizione ed equivale ad imputargli un dogmatismo che era del tutto estraneo al suo modo di pensare.

Certamente, alla radicale negazione dello spazio assoluto e del tempo assoluto operata con la teoria della relatività Einstein unisce una rivendicazione altrettanto radicale del realismo conoscitivo: è la realtà esterna, in ultima istanza, ad imporci i criteri per comprenderla, non un kantiano io trascendentale e legislatore. Einstein riprende così la critica di Mach allo spazio assoluto newtoniano, ma la inserisce in una cornice realista e senza aderire al fenomenismo empiriocriticistico: contro Kant rivaluta Hume in quanto pensatore dell’esperienza, per il quale le nostre idee della natura sono sempre rigorosamente aposteriori. L’esortazione a criticare gli apriori esprime la convinzione che si debba elaborare un assetto concettuale suscettibile d’imprimere alla scienza uno sviluppo storico progressivo, e che sia legittimo porre il problema di una descrizione (al limite) completa ed adeguata della realtà, quale essa è indipendentemente dall’osservazione²⁰. Di questa convinzione, squisitamente filosofica, Einstein dà formulazioni anche esplicite, soprattutto nella polemica che, da ultimo, conduce contro la teoria statistica, che pure otteneva brillanti risultati e conquistava la maggioranza dei fisici. A questa teoria egli contrappone un assunto di fondo, che caratterizza come “classico”: accoglie il principio della conoscibilità del mondo esterno e considera l’evoluzione storica della fisica moderna come «un tentativo di afferrare concettualmente la realtà quale la si concepisce indipendentemente dall’esser osservata»²¹. Fu su questa base, ritiene Einstein, che nacquero le due maggiori teorie classiche: quella di Newton, basata sul concetto di azione a distanza tra masse discrete, e quella di Maxwell, che ad esso sostituì il concetto di campo continuo. La teoria statistica, invece, respinge l’impostazione realistica classica e rinuncia alla descrizione dei fenomeni fisici per come sono indipendentemente dall’osservazione, e dunque anche alla possibilità di darne una descrizione completa che comprenda la “preistoria” del sistema osservato e si basi sul principio di causalità.

La frattura tra Einstein e la teoria statistica, e quindi il suo isolamento dalla stragrande maggioranza dei fisici, si andò accentuando con gli anni. In una tarda lettera a Born²² lamentò scherzosamente che le giovani leve considerassero la sua opposizione alla fisica statistica «un effetto di sclerosi», ma confermò che egli avrebbe tenacemente continuato a lavorare per la rinascita di una fisica classica. E se Dio non gioca a dadi e, cartesianamente, non è ingannatore (o, per dirla con lo stesso Einstein, «il Signore è sottile, ma non è maligno»), allora non v’è motivo di disperare che si possa mai giungere ad una descrizione completa. Nel 1937, quando Bohr andò a trovarlo negli Stati Uniti, Einstein lo impegnò in lunghe discussioni per convincerlo che Spinoza, se fosse rinato, avrebbe abbracciato la teoria classica, più consona all’asserto secondo cui ‘ordo et connexio idearum idem est ac ordo et connexio rerum’. Fu quindi per motivi squisitamente filosofici che Einstein non aderì alla teoria statistica: «Il carattere statistico della teoria presente», ebbe ad osservare, dipende «dall’incompletezza della descrizione dei sistemi propri della meccanica quantistica», impossibilitata a descrivere i sistemi quali sono indipendentemente dall’osservazione; ma si tratta di un’incompletezza solo de facto, manifestazione di una crisi storicamente determinata e dovuta all’incapacità di padroneggiare compiutamente i problemi che emergono dai nuovi dati dell’osservazione. Nulla costringe a «supporre che le basi future della fisica debbano poggiare sulla statistica […]. Questa non offre alcuna base di partenza utile per uno sviluppo futuro. Questo è il punto in cui le mie previsioni divergono da quelle della maggior parte dei fisici contemporanei»²³.

7. Tre domande su realtà, comprensibilità e causalità

Per definire le differenze, le variazioni e le identità che intercorrono, sul piano interpretativo, fra i protagonisti della meccanica quantistica le cui posizioni sono state qui esaminate, tre sono allora le domande che vanno formulate:

l) Le entità basilari della fisica atomica, come gli elettroni, i fotoni e gli stessi atomi, sono esistenti oggettivamente e indipendentemente dagli esseri umani e dalle loro osservazioni?

2) È possibile comprendere la struttura e l’evoluzione dei processi atomici, cioè formare immagini mentali nello spazio e nel tempo corrispondenti alle loro reali caratteristiche?

3) Le leggi della fisica debbono essere formulate in modo tale che almeno una causa sia data per ogni effetto osservato?

Come si è visto, vi sono validi motivi per concludere che in generale gli oppositori dell’interpretazione di Copenhagen (Einstein, Schrödinger e de Broglie) risposero positivamente alle domande precedenti, mentre i creatori e difensori della sintesi finale risposero negativamente. Questa conclusione può essere meglio specificata ricordando anche talune limitazioni. In primo luogo, non tutti gli oppositori mantennero una posizione uniforme per tutta la vita, dato che Schrödinger e de Broglie accettarono la formulazione finale della meccanica quantistica per diversi anni dopo il 1927 senza avanzare riserve sostanziali: solo più tardi tornarono alla loro iniziale posizione critica.

In secondo luogo, non è stato sempre possibile trovare risposte chiare per ciascun autore e per ciascuna domanda. Si deve aggiungere che le risposte alla prima domanda sono state spesso meno nette di quelle fornite alle altre due: solo Heisenberg, fra i difensori dell’interpretazione di Copenhagen, fu contrario con grande chiarezza al concetto di realtà oggettiva, mentre Bohr e Born furono più problematici e meno chiari, anche se non si può comunque sostenere che essi accettassero una soluzione positiva del problema della realtà. Nonostante queste precisazioni, l’evidenza qui richiamata è sufficientemente forte da suggerire direttamente che la contraddizione principale nello sviluppo della fisica dei quanti era incentrata sui problemi della realtà oggettiva, della causalità e della comprensibilità.

Si deve infine notare che i tre problemi non sono slegati fra di loro: è inutile insistere sulla realtà degli oggetti atomici se essi sono in linea di principio inconoscibili. Senza comprensibilità la realtà obiettiva diventa una sorta di fantasma misterioso, in quanto isolato dall’uomo. Senza causalità diventa inoltre impossibile visualizzare con continuità l’evoluzione dei processi fisici. Non può quindi sorprendere il fatto di aver trovato una forte correlazione sia fra le risposte positive che fra quelle negative ai problemi fondamentali circa la realtà, la comprensibilità e la causalità²⁴.

Note

1 Ho analizzato congiuntamente la problematica del realismo conoscitivo e del materialismo dialettico nel seguente saggio, al quale mi permetto di rinviare: https://sinistrainrete.info/filosofia/17473-eros-barone-come-si-vede-il-mondo.html.

2 R. Havemann, Dialettica senza dogma. Marxismo e scienze naturali, Torino 1965, pp. 127-132.

3 Anche se è tangenziale alla linea portante della presente indagine, ritengo utile segnalare un articolo dedicato a quel gioiello della letteratura marxista che è costituito dalla confutazione delle posizioni idealiste e antirealiste operata da Lenin nel saggio intitolato Materialismo ed empiriocriticismo: https://sinistrainrete.info/marxismo/16339-eros-barone-la-filosofia-come-kampfplatz-e-l-intervento-di-lenin-nella-crisi-delle-scienze.html.

4 Per un approfondimento della questione del significato e del criterio della conoscenza dal punto di vista del materialismo dialettico segnalo, in questa stessa sede, il seguente articolo: www.sinistrainrete.info/filosofia/29598-eros-barone-la-signora-ponza-il-linguaggio-la-conoscenza-della-realta-e-il-criterio-della-verita.html.

5 Lettera di Albert Einstein, del 3 gennaio 1954, indirizzata al filosofo Erik Gutkind.

6 Aage Petersen, che fu assistente di Niels Bohr fino al 1962, nell’articolo dal titolo The philosophy of Niels Bohr, pubblicato su «The Bulletin of the Atomic Scientists» nel settembre 1963, riporta questa frase del suo maestro.

7 J. S. Bell, Dicibile e non dicibile in meccanica quantistica, Milano 2010.

8 W. Heisenberg, Physics and Philosophy, New York 1958 (trad. it., Fisica e filosofia, Milano 2008, p. 143).

9 Ibid., p. 129.

10 Citato in M. Jammer, The Conceptual Development of Quantum Mechanics, New York 1966, p. 206.

11 W. Heisenberg, I princìpi fisici della teoria dei quanti, Torino 1958, p. 78.

12 Lettera di Einstein a Born, del 4 dicembre 1926.

13 M. Born, Physics in My Generation, New York 1969, p. 28.

14 Per una chiara esposizione dei limiti e degli errori presenti nel teorema di von Neumann si veda il terzo capitolo del libro di F. Selleri, La causalità impossibile, Milano 1998.

15 L. de Broglie, Recherches d’un demi-siècle, Paris 1976, p. 73.

16 Ibid., pp. 49-50.

17 L’articolo di Einstein, Podolsky e Rosen (EPR), noto nella letteratura scientifica come “paradosso EPR”, è stato di fondamentale importanza sia per il dibattito sui fondamenti della meccanica quantistica, sia per il concreto sviluppo della teoria e delle sue applicazioni. Lo scopo del “paradosso EPR” è quello di mostrare che, una volta assunta la validità del “criterio di realtà” e del “principio di località”, risulta che la meccanica quantistica è una teoria “incompleta”.

18 Cfr. F. Selleri, La causalità impossibile, Milano 1988, p. 55.

19 Per un sintetico profilo del pensiero filosofico-scientifico e politico-sociale del grande fisico tedesco mi permetto di segnalare il seguente scritto: https://sinistrainrete.info/articoli-brevi/15236-eros-barone-il-piu-grande-filosofo-del-novecento.html.

20 Sul fondamentale problema dell’oggettività della meccanica quantistica e sulle implicazioni di carattere ideologico che ne derivano mi permetto di segnalare il seguente articolo: https://sinistrainrete.info/filosofia/32469-eros-barone-il-problema-dell-oggettivita-in-meccanica-quantistica-fra-realismo-e-soggettivismo.html.

21 A. Einstein, Autobiografia scientifica, con interventi di W. Pauli, M. Born, W. Heitler, N. Bohr, H. Margenau, H. Reichenbach, K. Gödel, Torino 1979, p. 41.

22 A. Einstein – H. e M. Born, Scienza e vita. «Presentazione» di B. Russell, «Introduzione» di W. Heisenberg, Commento di M. Born, Torino 1973; lettera del 7 sett. 1944.

23 A. Einstein, Autobiografia scientifica cit., p. 51.

24 F. Selleri, La causalità impossibile cit., p. 47.

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