Il grande, il piccolo e la mente umana

207 Pages·1998·7.426 MB·Italian

by  Roger Penrose

Roger Penrose
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Roger Penrose
Il grande, il piccolo
e la mente umana
con Abner Shimony, Nancy Cartwrigl
e Stephen Hawking
a cura di Malcolm Longair
Nuova edizione
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Raffaello Cortina Editore':
www. raffaellocortina.it
Titolo originale
The Large, the Small and the Human Mind
© 1999 Cambridge University Press
First published 1997
Traduzione di
Nicoletta Notarianni
ISBN 88-7078-612-9
© 2000 Raffaello Cortina Editore
Milano, via Rossini 4
Prima edizione: 1998
Nuova edizione: 2000
INDICE
Introduzione (Malcolm Longair) 1
1. Spazio-tempo e cosmologia 9
2. I misteri della fisica dei quanti 55
3. La fisica e la mente 97
4. La natura della mente, la meccanica quantistica
e l'attualizzazione delle potenzialità (Abner Sh imony) 145
5. Perché la fisica? (Nancy Cartwright) 161
6. Le obiezioni di un riduzionista spudorato
(Stephen Hawking) 169
7. Penrose replica 173
Appendice 1
Il teorema di Goodstein e il pensiero matematico 187
Appendice2
Esperimenti per controllare la riduzione di stato
indotta dalla gravità 193
VII

INTRODUZIONE
Uno degli eventi intellettualmente più stimolanti dell'ulti
mo decennio è costituito dalla pubblicazione di un certo nu
mero di testi in cui scienziati eminenti cercano di trasmettere
sia i contenuti essenziali sia il fascino della loro disciplina a un
pubblico di non iniziati. Tra gli esempi più rappresentativi ri
cordiamo Dal Big Bang ai buchi neri. Breve storia del tempo di
Stephen Hawking che ha ottenuto uno straordinario successo
editoriale; Caos di James Gleick, che mostra come un argo
mento di grande difficoltà concettuale possa venire trasfor
mato in un appassionante racconto poliziesco; e Il sogno del
l'unità dell'Universo di Steven Weinberg, capace di rendere
sorprendentemente accessibili e attraenti la struttura e gli
obiettivi dell'attuale fisica delle particelle.
In questa ondata di testi divulgativi spicca il libro di Roger
Penrose La mente nuova dell'imperatore (1989) per delle ca
ratteristiche che lo dis.tinguono da tutti gli altri. Mentre quei
vari autori tentavano di comunicare contenuti e fascino della
scienza contemporanea, il libro di Penrose mostrava con
grande originalità come aspetti apparentemente eterogenei
della fisica, della matematica, della biologia, della scienza del
cervello e persino della filosofia potessero convergere in una
nuova sintesi, che, se pur non del tutto definita, presenta i
tratti di una nuova teoria dei processi fondamentali. Non de
ve sorprendere, dunque, che La mente nuova dell'imperatore
abbia suscitato una lunga serie di discussioni e che, nel 1994,
Penrose abbia pubblicato un secondo volume, Ombre della
1
INTRODUZIONE
mente, in cui, oltre a replicare alle numerose critiche che gli
erano state rivolte per il primo, cerca di chiarire e di sviluppa
re le proprie tesi. Infine, nell'ambito delle Tanner Lectures
del 1995, egli ha presentato un compendio dei temi più im
portanti affrontati nei due libri, discutendo il tutto con Abner
Shimony, Nancy Cartwright e Stephen Hawking. Le tre con
ferenze riprodotte nei capitoli 1-3 di questo volume rappre
sentano un'introduzione, facile e leggibile, ai concetti esposti
in maniera assai più dettagliata e specialistica nelle due opere
precedenti; mentre i capitoli 4, 5 e 6 contengono le critiche
dei suoi interlocutori su queste stesse questioni. Penrose ha
avuto la possibilità di replicare, e di riproporre le sue tesi nel
capitolo 7.
In questa introduzione non intendo sintetizzare o illustrare
ulteriormente le idee di Penrose (le sue pagine sono sufficien
temente eloquenti!), ma delineare lo scenario che aiuti a com
prendere la peculiarità del suo approccio ad alcuni dei pro
blemi più profondi della scienza contemporanea. Al di là dei
riconoscimenti che gli sono stati tributati in campo interna
zionale per il suo talento di matematico, Penrose ha sempre
voluto collocare la propria ricerca nel contesto della fisica. I
lavori per cui è più celebre nell'ambito dell'astrofisica e della
cosmologia riguardano alcuni teoremi nell'ambito delle teorie
relativistiche della gravità, e parte del suo lavoro è stata con
dotta in stretta collaborazione proprio con Stephen Hawking.
Uno di questi teoremi mostra che inevitabilmente, stando alle
classiche teorie relativistiche della gravità, all'interno di un
buco nero c'è una singolarità fisica, cioè una regione di spazio
in cui la curvatura dello spazio, ovvero - il che è equivalente -
la densità della materia, diventa infinitamente grande. Un se
condo afferma che, sempre stando alle classiche teorie relati
vistiche della gravità, c'è inevitabilmente un'analoga singola
rità fisica all'origine nei modelli cosmologici basati sul Big
Bang. Tali risultati indicano che, in un certo senso, tali teorie
sono seriamente incomplete, in quanto singolarità fisiche an
drebbero evitate in ogni teoria fisica significativa.
Questo è soltanto un aspetto, però, di una vasta serie di
2
INTRODUZIONE
contributi a numerose aree della matematica e della fisica ma
tematica. Il cosiddetto processo Penrose è un modo mediante
cui le particelle possono estrarre energia rotazionale dai buchi
neri rotanti. I diagrammi di Penrose vengono abitualmente
usati per studiare il comportamento della materia in prossi
mità di buchi neri. Questo approccio è guidato da una fortis
sima sensibilità geometrica, quasi pittorica, che il lettore po
trà riscontrare continuamente nei primi tre capitoli, e che si
esprime, per esempio, nelle figure "impossibili" di M.C.
Escher e nelle "tessere" [tiles] di Penrose. Vale la pena di ri
cordare che fu uno scritto a due firme, di Roger e di suo pa
dre, L.S. Penrose, a ispirare un certo numero dei disegni "im
possibili" di Escher. Inoltre, le figure intitolate "Cerchio limi
te" di Escher vengono utilizzate nel capitolo 1 quando Penro
se manifesta il proprio entusiasmo per le geometrie iperboli
che. Le tessere di Penrose, a loro volta, sono costruzioni geo
metriche di estremo interesse, dal momento che un piano infi
nito può venire ricoperto completamente con tessere di un
piccolo numero di forme differenti. Gli esempi più seducenti
mostrano come si possa coprire completamente un piano infi
nito senza mai ripetersi - vale a dire che la medesima configu
razione di tessere non ricorre in alcun punto del piano infini
to. Nel capitolo 3 questa tematica viene collegata al problema
di come far eseguire al computer specifici insiemi di procedu
re matematiche definite con precisione.
Penrose, dunque, ci presenta qui una formidabile famiglia
di concetti matematici e una straordinaria varietà di risultati
nel campo della matematica e della fisica, allo scopo di esplo
rare i problemi più profondi della fisica contemporanea.
L'importanza e la serietà di tali problemi è fuori discussione. I
cosmologi hanno buone ragioni per ritenere che il Big Bang
offra il quadro più convincente a nostra disposizione per
comprendere le caratteristiche a larga scala del nostro Univer
so. Nondimeno, tale quadro appare gravemente incompleto
per più di un aspetto. Secondo un'opinione condivisa dalla
maggior parte dei cosmologi, disporremmo ormai di una buo
na comprensione della fisica di base necessaria per spiegare
IN1RODUZIONE
globalmente le caratteristiche dell'Universo sin dal primo mil
lesimo di secondo e in tutta la sua evoluzione fino allo stato at
tuale. Il quadro risulta soddisfacente, però, solo se noi fissia
mo le condizioni iniziali con una certa precisione. Il problema
qui è che si va al di là della fisica controllata e ben convalidata
quando ci si occupa dell'Universo prima di circa un millesimo
di secondo dalla sua comparsa, e così dobbiamo basarci su
estrapolazioni plausibili dalle leggi note della fisica. Conoscia
mo abbastanza bene quali debbano essere state queste condi
zioni iniziali, ma perché siano emerse proprio loro, e non al
tre, è oggetto di speculazione. L'unico punto di accordo è che
si tratti comunque di uno dei problemi più importanti della
cosmologia contemporanea.
Per cercare di rispondere a questi o ad altri interrogativi af
fini, si è costruito un quadro concettuale, noto come teoria in
flazionaria dell'Universo primordiale. Anche in questa raffi
gurazione, si suppone che alcune caratteristiche del nostro
Universo siano emerse nei primissimi istanti significativi, in
quella che viene chiamata epoca di Planck, ove diventa neces
saria una buona comprensione della gravità quantistica. È l'e
poca in cui l'Universo aveva un'età di circa 10-43 secondi, il
che può sembrarci qualcosa al limite del pensabile, ma, sulla
base di ciò che sappiamo oggi, queste epoche "estreme" van
no prese seriamente in considerazione!
Penrose accetta il quadro convenzionale del Big Bang nella
misura in cui gli sembra plausibile, ma respinge la spiegazione
inflazionaria degli stadi primordiali. Preferisce pensare che
manchino ancora le nozioni fisiche che andrebbero collegate
a una appropriata teoria quantistica della gravità, una teoria
che, per l'appunto, non possediamo ancora, nonostante gli
sforzi, per anni, di molti studiosi in questa direzione. Ma se
condo Penrose si è cercato di risolvere il problema sbagliato.
Per il nostro autore, quello che va considerato con attenzione
è, prima di tutto, il problema dell'entropia dell'Universo inte
so come un tutto. Poiché l'entropia - o, per dirlo in termini
più semplici, il disordine - aumenta nel tempo, l'Universo de
ve avere avuto inizio in uno stato in cui l'ordine era dominan-
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