Fisica e filosofia

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Werner Heisenberg

Questo libro è una sintesi dell'omonima opera "Fisica e Filosofia" di Werner Heisenberg.

Vecchia e nuova tradizione[modifica]

L'influenza della fisica moderna sulla realtà non si limita soltanto al campo politico (vedi armi atomiche); infatti la scienza, priva di posizioni geografiche e uguale per tutti, giunge a unirsi e spesso a scontrarsi con le più antiche tradizioni di ciascun popolo (realtà, tempo, spazio). Ad esempio la teoria dei quanti, frutto di ricerche pratiche (secondo la tradizione di Huyghens, Volta e Faraday) e studi matematici (secondo il modello di Newton, Gauss e Maxwell), rappresenta una rottura con il passato nella concezione della realtà.

Sviluppo storico della teoria dei quanti[modifica]

Rayleigh in una foto dell'epoca

La storia della teoria dei quanti inizia alla fine del 1800: Rayleigh e Jeans, cercando di studiare le radiazioni di un corpo riscaldato ("qualsiasi pezzo di materia, se scaldato, comincia a divenire luminoso e si fa, alle temperature più alte, rovente e incandescente; il colore non dipende molto dalla superficie del materiale, e per un corpo nero dipende soltanto dalla temperatura") secondo le leggi delle radiazioni e del calore, giunsero a rilevare delle difficoltà insormontabili.
Nel 1895 Planck spostò il problema dalla radiazione all'atomo radiante; analizzando i risultati delle ricerche di Curlbaum e Rubens (1900) tentò di ridurli a formule matematiche; da un successivo incontro tra Planck e Rubens nacque la legge di Planck sulla radiazione termica. Tale teoria affermava che l'atomo radiante (o oscillatore) può contenere solo quanti definiti di energia. L'idea era incredibile e rivoluzionaria (pari alle teorie newtoniane, come confessò Planck stesso al figlio). Conferme della teoria vennero da Einstein che ricorse ai quanti per spiegare l'effetto fotoelettrico (per cui i metalli emettono elettroni non secondo l'intensità di luce da cui sono colpiti, ma secondo la frequenza della stessa) e il calore specifico dei corpi solidi (tramite l'ipotesi quantistica delle vibrazioni elastiche degli atomi era possibile definire il calore specifico di un corpo a qualsiasi temperatura). Questi risultati condussero a ulteriori scoperte e quesiti, come il problema della natura corpuscolare (secondo la teoria quantistica) e ondulatoria (secondo la teoria di Maxwell) della luce.


Frattanto nel 1911 Rutherford giunse a delineare l'omonimo modello atomico; tale modello, detto anche planetario, non poteva essere giustificato secondo le leggi della fisica classica, in quanto secondo le leggi newtoniane nessun sistema planetario è stabile e non sarebbe stato dunque possibile spiegare in quale modo, dopo ogni collisione, un atomo ritorna sempre alla sua conformazione originale. La stabilità dell'atomo venne spiegata da Bohr, il quale affermò l'esistenza nell'atomo di stati stazionari diversi, l'ultimo dei quali, il più basso, è quello normale a cui l'atomo tende sempre a tornare.
Con questa teoria Bohr riuscì sia a dimostrare la stabilità dell'atomo sia a interpretare gli spettri degli atomi stimolati da scariche elettriche o da calore. Le nuove teorie minavano la consistenza della meccanica newtoniana, ma nonostante il loro fondamento di verità erano ancora piene di contraddizioni. Dai risultati di Bohr gli scienziati impararono a formulare con correttezza i loro problemi e ciò li portò più vicini alle soluzioni. I problemi da risolvere erano le contraddizioni; si discuteva spesso su esperimenti ideali, ma le chiarificazioni sembravano lontane.

Nel 1923 Compton dimostrò che la frequenza di un raggio X diffuso era differente dalla frequenza di un raggio X incidente; tale discrepanza poteva essere spiegata solo considerando sia il raggio X diffuso che il raggio X incidente come costituiti da quanti di luce. L'anno successivo de Broglie propose di estendere il dualismo onda-corpuscolo anche alle particelle elementari della materia, tra cui gli elettroni; tuttavia il suo parallelo tra luce ed elettroni non fu ben definito. Da nuovi studi sulla discrepanza tra frequenza orbitale degli elettroni e frequenza della radiazione emessa derivò la formulazione matematica della teoria dei quanti. Vi si giunse per due vie: abbandonando il concetto di orbita e sostituendo le equazioni della posizione e della velocità degli elettroni con equazioni dell'ampiezza dell'espansione di Fourier oppure seguendo l'idea di de Broglie e ricavando dai valori di energia dell'idrogeno "autovalori" di riferimento. Da questi risultati, dopo un anno, si giunse a determinare i valori di atomi più pesanti dell'idrogeno.

Sul piano della comprensione della teoria un ottimo risultato si ebbe nel 1924 quando Bohr, Kramers e Slater proposero di considerare le onde non come onde reali, ma come onde di probabilità, intendendo con "probabilità" una versione quantitativa del vecchio concetto di "potenza" aristotelica (teoria ripresa poi da Born). Ma nonostante la formalizzazione matematica sembrava ancora difficile riuscire a spiegare gli esperimenti. Le conclusioni di questo problema vennero trovate nel 1926 da Bohr e Schrodinger a Copenaghen; anche a questa soluzione si giunse per due vie: chiedendosi non come spiegare matematicamente un evento, ma se ogni evento in natura sia matematizzabile e giungendo così al principio di indeterminazione (per cui non è possibile determinare contemporaneamente con precisione la posizione e la velocità di un elettrone) oppure considerando l'atomo come un sistema di onde e materie inscindibile. Venticinque anni erano trascorsi per giungere all'interpretazione di Copenhagen.

L'interpretazione di Copenhagen della teoria dei quanti[modifica]

L'interpretazione di Copenhagen parte da un paradosso: spiegare un evento atomico con i termini della fisica classica: mentre nella fisica classica è possibile compiere calcoli e misurazioni precise (vedi il calcolo dell'orbita di un pianeta), nella fisica atomica ogni determinazione si riduce ad una funzione di probabilità, dovuta alla difficoltà dell'esperimento e alla deficienza della nostra conoscenza (vd. calcolo dell'orbita di un elettrone). La probabilità rappresenta dunque la tendenza degli eventi a svolgersi secondo la nostra previsione; ma tale previsione può essere confermata solo attraverso una ulteriore condizione essenziale: una nuova misurazione. Dunque l'interpretazione teoretica di un tale avvenimento è costituita da tre fasi:

  1. traduzione della situazione sperimentale iniziale in una funzione di probabilità;
  2. accompagnamento di questa funzione lungo il corso del tempo;
  3. determinazione di una nuova misurazione del sistema il cui risultato può poi essere calcolato dalla funzione di probabilità;

Il secondo punto di questo procedimento non può essere descritto in termini "classici" giacché non è possibile affermare ciò che avviene tra le due misurazioni: il possibile diventa reale solo nel punto successivo. Altra apparente contraddizione è il concetto di "onda" ("campo che si propaga per un ampio spazio") e "corpuscolo" ("sostanza limitata in un piccolo volume"); eppure questi due concetti sono tra loro complementari (Bohr) e solo servendosi di entrambi, passando cioè dall'uno all'altro, è possibile comprendere gli eventi atomici.

Ma cosa accade durante un esperimento atomico? Come detto ogni osservazione è ridotta ad una funzione di probabilità e tra due osservazione non è possibile dire ciò che avviene; questo implica dunque che l'osservazione gioca un ruolo fondamentale nell'evento e che non è possibile un'assoluta oggettivazione. Compiendo un esperimento scientifico si cerca di studiare una realtà come se fosse indipendente ed autonoma, ma ciò risulta impossibile: in fisica atomica la particella che si studia deve necessariamente entrare in relazione con l'apparato sperimentale con cui la si studia e non solo; questi elementi che influenzano l'osservazione concorrono dunque nella definizione della funzione di probabilità, la quale deve dunque descrivere un complesso di eventi possibili; l'osservazione influenza la funzione di probabilità scegliendo tra tutti gli eventi possibili quelli realmente avvenuti.
Attraverso l'osservazione il possibile diventa reale ("accade" è dunque una parola che possiamo utilizzare per spiegare ciò che avviene durante l'osservazione, ma non durante l'intervallo tra un'osservazione e l'altra). La fisica classica si fondava sull'assoluta oggettività (idealizzazione della varie parti del mondo senza far riferimento a sé stessi), l'interpretazione di Copenhagen parte da una scissione tra "oggetto" in esame e "resto del mondo" (tra cui i nostri strumenti di osservazione che non possono che appartenere al "resto del mondo") e asserisce che tuttavia per quest'ultimo non possiamo fare a meno di ricorrere a concetti classici, in riferimento a noi stessi e dunque non completamente obbiettivi; d'altronde "la natura è prima dell'uomo, ma l'uomo è prima della scienza naturale" (von Weizsaecker) per cui l'uomo, per studiare la natura, non può fare a meno di utilizzare concetti classici.
Il lavoro scientifico consiste dunque nel porre domande sulla natura, nel linguaggio che possediamo e nel cercare di ottenere una risposta dall'esperimento con i mezzi a nostra disposizione, ricordando, come disse Bohr, che nel dramma dell'esistenza siamo insieme attori e spettatori.

La teoria dei quanti e le origini della scienza atomica[modifica]

Il concetto di atomo risale alla scuola materialista di Leucippo e Democrito, sebbene oggi per la scienza moderna questo termine abbia un significato differente.

I milesi ed Eraclito[modifica]

Un busto raffigurante Talete di Mileto

La riflessione filosofica greca inizia nel VI secolo in Asia Minore; Talete di Mileto riflettendo sul problema della causa materiale della realtà, sulla necessità di una risposta razionale a questo quesito e sulla possibilità di ridurre ogni realtà ad un principio unico, identificò come archè e come condizione necessaria alla vita l'acqua; affermò inoltre la presenza di dei in tutta la realtà. Anassimandro, scolaro di Talete, identificò il principio primo in una sostanza infinita, eterna, incorruttibile, che contiene il mondo e che per dissoluzione e opposizione genera la realtà a noi familiare.

Talete ed Anassimandro affrontano il problema del principio primo in due modi diversi: identificandolo con una sostanza nota oppure con una realtà essenzialmente differente; è anche il problema dei fisici moderni: esiste una (o più) particelle elementari o qualcosa di assolutamente diverso, l'energia?

Terzo dei milesii fu Anassimene che identificò la sostanza primaria nell'aria in grado di generare ogni cosa attraverso processi di rarefazione e condensazione. Eraclito di Efeso introdusse il concetto di divenire e considerò il fuoco, elemento mobile per eccellenza, la sostanza base. Sostenne inoltre la perenne "tensione degli opposti", affermando che essa costituisse l'unità dell'Uno. Da Talete ad Eraclito il pensiero greco ha riflettuto sulla tensione tra l'Uno e i Molti; la realtà appare infatti all'uomo caratterizzata da una varietà infinita, ma per poterla comprendere è necessario introdurre un ordine, unificando ciò che è uguale, ammettendo una certa unità.

All'estremo questa idea porta a teorizzare un Essere infinito, eterno ed indifferenziato, antitetico alla varietà e al divenire delle cose. La posizione della fisica moderna è molto vicina alla posizione di Eraclito e accetta buona parte delle sue teorie sostituendo il concetto di "fuoco" con "energia".

Pluralisti e atomisti[modifica]

Empedocle di Agrigento

Parmenide di Elea riprese il concetto di Uno, affermando il principio di identità dell'essere; Empedocle passò dal monismo al pluralismo teorizzando l'esistenza di quattro principi (terra, acqua, fuoco, aria) e due principi che li regolassero (amore e contesa); Anassagora sostituì alle quattro radici materiali di Empedocle infiniti semi costituenti la realtà guidati da una Mente.

Leucippo e Democrito giunsero infine a teorizzare il concetto di atomo: la minima unità indivisibile di materia, dotata solo della proprietà di essere, con forme e dimensioni diverse, in grado di muoversi nel vuoto secondo una legge di necessità. Il dualismo essere-non essere è risolto nell'antitesi pieno-vuoto (vuoto a cui Democrito ricorre per spiegare il moto degli atomi, ma che non giustifica nonostante la concezione parmenidea per cui il vuoto essendo non-essere non può esistere). Riprendendo le teorie di Democrito, Empedocle e il matematismo pitagorico, Platone associò gli elementi base della realtà a figure geometriche regolari.

Come gli atomi di Democrito, anche le particelle elementari (non gli atomi) moderne sono uguali tra loro e caratterizzano la realtà in base alla loro disposizione. Tuttavia le particelle elementari moderne risultano molto più astratte degli già astratti atomi greci: risulta infatti molto difficile spiegare cosa sia una particella elementare, anche per il fatto che l'essere non è una qualità propria di tali particelle, ma un possibilità, una tendenza; in base alla teoria della relatività, esse potrebbero essere costituite da energia, in grado di trasformarsi in materia, calore e luce (come il fuoco eracliteo). Differentemente dal materialismo greco, inoltre, le particelle elementari non sono indistruttibili, ma possono trasformarsi le une nelle altre scontrandosi tra loro; il movimento delle particelle potrebbe forse essere dettato da schemi matematici ora sconosciuti. Infine analogamente agli atomi greci, le particelle elementari sono indivisibili: infatti l'unico modo per dividere particelle così piccole è ricorrere a particelle simili; tuttavia dalla collisione non derivano nuove particelle di dimensioni inferiori, ma particelle nate dall'energia cinetica dei corpi scontratisi.

È doveroso puntualizzare però che tra il pensiero greco e la scienza moderna, nonostante molte conclusioni straordinariamente simili, intercorre una profonda differenza: i risultati di quest'ultima sono completamente empirici, mentre le teorie antiche derivavano solo da tentativi razionali di organizzare logicamente la realtà basandosi su osservazioni quotidiane.

Evoluzione delle idee filosofiche dopo Cartesio in riferimento alla nuova situazione determinatasi in seguito alla teoria dei quanti[modifica]

Da Platone per quasi duemila anni l'interesse della filosofia si spostò sul problema dell'anima e del suo rapporto con Dio.

Isaac Newton in un dipinto di Godfrey Kneller

L'interesse per la filosofia naturale si risvegliò durante il Rinascimento italiano; uno dei più grandi contributi al pensiero venne da Cartesio che attraverso il metodo del dubbio giunse a dimostrare l'esistenza dell'Io (cogito ergo sum), di Dio e del Mondo creando una divisione tra queste tre realtà e conseguentemente una divisione tra spirito e materia, res cogitans e res extensa.
Quest'ultima divisione, che influenzò notevolmente il pensiero seguente, presentava tuttavia alcune problematiche: in quale delle due categorie rientrassero esseri viventi diversi dall'uomo, se l'agire potesse essere ridotto alle leggi della res extensa e dove risiedesse conseguentemente il libero arbitrio. Tale modello divenne tuttavia il fondamento della futura fisica: Newton riteneva possibile parlare della realtà (Mondo-res extensa) senza riferimento all'uomo (Io) o a realtà trascendenti (Dio). La difficoltà di accettare l'interpretazione di Copenaghen (l'impossibilità di uno studio della realtà totalmente oggettivo) è dovuta proprio all'influenza che Cartesio ebbe sulla mentalità occidentale. Il realismo metafisico cartesiano si è dunque tramutato nelle scienze in realismo pratico (la massima parte delle nostre asserzioni riguardanti l'esperienza possono essere oggettivate) e in realismo dogmatico (non esiste esperienza che non possa essere oggettivata); quest'ultima posizione, sebbene abbia avuto un importante ruolo nella storia della scienza e sia stata la posizione di molti scienziati nella ricerca di verità oggettive, è stata smentita dall'interpretazione di Copenaghen.

Il passo successivo del realismo metafisico è l'affermazione dell'esistenza della realtà che Cartesio deriva consequenzialmente dai termini "cogito" e "sum", sebbene senza aver precedentemente definito i limiti entro cui tali termini possono essere utilizzati. I maggiori critici delle conclusioni di Cartesio furono gli empiristi Locke, Berkley e Hume; il primo affermò che ogni conoscenza deriva dall'esperienza, ovvero da sensazioni e percezioni; il secondo continuò dicendo che se tutto è sensazione non c'è alcuna differenza se le cose esistono o non esistono, giacché ciò che è percepito esiste; il terzo concluse negando induzione e causalità e minando così la base di ogni scienza empirica. Come l'empirismo nasce da una critica dell'uso acritico del termine "esistenza", così in risposta il positivismo si sviluppa da una critica dell'uso acritico del termine "percezione".
Il positivismo ammonisce sull'uso ingenuo dei termini, ricordando la necessità di verificare sempre se una data proposizione ha significato o meno; in campo scientifico e matematico significa controllare se una combinazione di simboli è in accordo o meno con le regole; in caso negativo la proposizione non sarà falsa, ma semplicemente priva di significato. Ora il problema è chiaramente quello di riuscire a valutare una proposizione; un tale esame può essere eseguito solo all'interno di un sistema chiuso (basato cioè su concetti e assiomi che non ammettono eccezioni); a volte tuttavia domande senza senso all'interno di un sistema chiuso hanno portato a significative scoperte (vd. il quesito sulla posizione e sulla velocità di un elettrone); questo dimostra che all'interno di un sistema chiuso è impossibile conoscere in anticipo le limitazioni dello stesso, che possono essere svelate soltanto dall'esperienza. Una sintesi del pensiero cartesiano ed empirista avviene nella filosofia kantiana: Kant riconosce che ogni conoscenza comincia dall'esperienza (conoscenza sintetica a posteriori), ma essa viene sviluppata dalla ragione (conoscenza analitica a priori), attribuendo ad esempio carattere di universalità e necessità. Interrogandosi sull'esistenza di conoscenze sintetiche a priori, egli conclude che spazio e tempo siano forme a priori dell'intuizione pura, dal momento che ogni nostra conoscenza sensibile si fonda su determinazione spazio-temporali. A priori è anche la legge di causalità, il concetto di sostanza, la geometria euclidea (e in un secondo momento, afferma, persino la legge di conservazione della materia, di uguaglianza, di azione e reazione e di gravitazione).

Considerando la fisica moderna sembrerebbe che il concetto di giudizi sintetici a priori sia stato completamente annichilito, nonostante Kant avesse presentato queste sue conclusioni come "base di ogni futura metafisica che si presenti in forma di scienza" (vd. nuove concezioni di spazio e tempo o non-applicabilità della legge di causalità alla fisica atomica); tuttavia i concetti classici di tempo, spazio e causalità sono indispensabili per descrivere quella parte di realtà (apparecchiatura strumentale) che non fa parte dell'oggetto studiato, ma ci permette di studiarlo. Con la teoria dei quanti non sono dunque state negate le affermazioni della fisica classica o del pensiero kantiano, ma semplicemente ne sono stati messi in luce i limiti. Ciò insegna che qualsiasi concetto, all'interno di un sistema chiuso, definito precisamente nei suoi rapporti con gli altri concetti, ha tuttavia un limite di applicabilità che difficilmente può essere definito a prescindere dall'esperienza.

Relazioni della teoria dei quanti con altri rami della scienza della natura[modifica]

La grande influenza di Newton sulla fisica successiva è dovuta all'elaborazione di un sistema chiuso coerente e privo di contraddizioni; tali connessioni sono così strette che sarebbe impossibile modificare un concetto senza distruggere l'intero sistema.

Maxwell in una foto del 1920

Lo sviluppo della fisica newtoniana ha portato allo sviluppo di dinamica, meccanica, acustica, idrodinamica e astronomia. I fenomeni elettrici e magnetici e il calore vennero in seguito ridotti negli schemi della fisica classica: i primi trattati come forze gravitazionali, il secondo fondandolo sul movimento di minuscole parti di materia. Tale sistema entrò però in crisi con l'opera di Faraday e Maxwell che trattarono i fenomeni elettromagnetici come onde salvando così il principio secondo cui il moto si trasferisce solo tra punti adiacenti e non nel vuoto (come nel caso della gravità). In un primo momento le onde di Maxwell vennero considerate come leggere deformazioni di un campo elastico: l'etere; questo elemento permetteva di salvare la fisica newtoniana, ma ben presto si rivelò infondato. Un'ulteriore, decisiva scoperta fu la relazione tra spazio e tempo e la descrizione degli stessi nelle formule di Lorentz. Ovunque la meccanica newtoniana fu in grado di spiegare la realtà essa mantenne il suo grado di validità, ma in campo elettromagnetico fu necessaria l'introduzione di nuovi concetti e assiomi. Nacque così un nuovo sistema chiuso e sorsero inevitabilmente domande sulla relazione tra i due: che relazione c'è ad esempio tra il tempo e lo spazio della meccanica newtoniana, in cui spazio e tempo sono indipendenti, e quello della relatività speciale, in cui spazio e tempo sono legati tra loro dalle trasformazioni di Lorentz? In questo caso si è potuto dimostrare come i concetti della fisica classica siano validi in quanto essa tratta solo di velocità piccolissime in confronto alla velocità della luce; quest'ultimo parametro (il rapporto con la velocità della luce) è stato dunque assunto come limite della meccanica newtoniana. Nella fisica moderna possiamo distinguere quattro differenti sistemi chiusi:

  1. meccanica newtoniana: comprende acustica, statica, aerodinamica;
  2. teoria del calore: sebbene connessa originariamente con la meccanica, la teoria del calore contiene concetti (calore, entropia, energia libera) che non hanno corrispondenze in altre branche della fisica; riducendo il calore ad energia e probabilità è allora possibile connettere la teoria del calore con qualsiasi branca della fisica;
  3. fenomeni elettrici e magnetici: comprende l'elettrodinamica, la relatività speciale, l'ottica, il magnetismo e la teoria ondulatoria di de Broglie; questo sistema è stato definito attraverso l'opera di Lorentz, Einstein e Minkowski;
  4. teoria dei quanti: fondata sulla funzione di probabilità comprende la meccanica quantica e ondulatoria, la teoria degli spettri atomici, la chimica e la teoria delle altre proprietà della materia come la conduttività elettrica e il ferromagnetismo.

Le relazioni tra le precedenti serie di concetti possono così essere definite:

  • Il I sistema è contenuto nel III, come il caso limite della velocità della luce considerata infinitamente grande.
  • Il I sistema è contenuto nel IV, come il caso limite della costante di azione di Planck considerata infinitamente piccola.
  • Il I e la III sistema appartengono al IV come sistemi a priori per la descrizione degli esperimenti.
  • Il II sistema può essere connesso con qualsivoglia degli altri sistemi

L'indipendenza del III e IV sistema suggerisce l'esistenza di un V sistema, di cui il I, III e IV sistema costituiscano casi limite. In questa suddivisione è inoltre stata tralasciata la teoria della relatività generale che non rientra in nessuno dei sistemi citati. Basandoci su quanto affermato, possiamo ora definire quali dovrebbero essere i tratti di un sistema chiuso: esso deve avere una valida rappresentazione matematica, garanzia dell'assenza di contraddizioni; deve descrivere un ampio campo dell'esperienza; la varietà dei fenomeni deve corrispondere al numero di soluzioni delle equazioni matematiche; i limiti devono essere dettati dall'esperienza.

Tra le materie legate alla fisica, la più vicina è senza dubbio la chimica; nonostante fino a un secolo fa queste due discipline fossero considerate separate (concetti chimici come valenza, solubilità, volatilità sembrava concetti qualitativi alieni alla fisica) oggi sono state unite attraverso la teoria dei quanti. L'antico rapporto che intercorreva tra fisica e chimica è quello che si ritrova oggi tra la chimica-fisica e la biologia; quest'ultima sembra infatti costretta a fare ricorso a concetti non propri della fisica: alcuni studiosi ritengono che il sistema chimico-fisico sia sufficiente per spiegare i processi biologici, altri ritengono necessario l'introduzione del concetto di storia, altri ancora ritengono che la chimica-fisica anche con il concetto di storia sia insufficiente per la biologia e ipotizzano la creazione di un nuovo sistema chiuso di concetti (si è tuttavia ben lontani dal creare un sistema di concetti chiuso per la biologia). Ancora più arduo risulta un accostamento tra la fisica e la psicologia, avendo dimostrato che la psiche non può essere ridotta ad una semplice serie di interazioni chimico-fisiche. La fisica classica può dunque essere considerata come un'idealizzazione del mondo, sempre più difficile da accostare a discipline in cui aumenta l'elemento soggettivo.

Mentre un tempo si tendeva a distinguere la realtà in categorie differenti (minerali, piante, animali) e a considerare ciascuna di queste categorie costituita da elementi differenti e guidata da forze differenti, la scienza moderna ha dimostrato che tutta la realtà è costituita dalla stessa materia a formare un complicato tessuto di eventi. Descrivendo una parte della realtà con un sistema chiuso di concetti abbiamo isolato una parte della realtà caratterizzata da eventi e nessi simili.

La teoria della relatività[modifica]

Nella fisica moderna la teoria della relatività ha avuto un ruolo importantissimo, ponendo le basi per una revisione dei concetti fondamentali della fisica stessa. Gli studi sulla relatività si inseriscono nel più ampio contesto degli studi sull'elettrodinamica dei corpi in movimento.

Gli studi di Maxwell avevano dimostrato che la luce si comportava in modo anomalo rispetto alle altre onde, come le onde sonore; era in grado ad esempio di propagarsi nel vuoto; per spiegare questo comportamento si ipotizzò che la luce fosse un'onda elastica di una leggerissima sostanza definita etere. Il fallimento degli esperimenti per dimostrare il movimento della luce rispetto all'etere spinsero i fisici a cercare un'interpretazione matematica in grado di conciliare il principio della relatività con l'equazione ondulatoria di propagazione della luce. Lorentz propose una soluzione: i corpi in movimento si contraggono nella direzione del moto secondo un fattore dipendente dalla velocità e in molti sistemi di riferimento vi sono tempi "apparenti" che prendono il posto del tempo "reale".

Einstein in una foto del 1920

Nel 1905 Einstein rivoluzionò la fisica definendo "reale" il tempo che Lorentz considerava "apparente" ed abolendo quello "reale". Venne così eliminato il concetto di etere e furono ridefiniti lo spazio e il tempo; ad esempio, per quanto riguarda quest'ultimo, mentre nella fisica newtoniana si riteneva che passato e futuro fossero separati da un attimo infinitamente breve (il presente), nella fisica moderna questo intervallo (il presente) è finito e con lunghezza dipendente dalla distanza dell'osservatore.

Quotidianamente definiamo due eventi simultanei se accadono nello stesso istante: in fisica definiamo simultanei due eventi che avvengono simultaneamente in uno stesso punto, oppure, dati tre punti su una retta, uno dei quali punto medio agli altri due, diciamo che due eventi ciascuno nei punti estremi sono simultanei per il punto medio, ma non lo saranno per un punto in movimento sulla retta. Conseguenze del principio di relatività sono l'inerzia dell'energia, per cui è più difficile accelerare un corpo che si muove ad un'alta velocità che un corpo fermo in quanto l'inerzia cresce con l'energia cinetica e l'identità tra il principio di conservazione della massa e il principio di conservazione dell'energia. Si suole dire che la teoria della relatività del 1905 abbia abolito lo spazio assoluto: in realtà lo spazio vuoto gode ancora di proprietà fisiche dimostrate (che permettono ad esempio la distinzione tra sistemi ruotanti e non).
Da questi studi sullo spazio Einstein giunse nel 1916 a definire la teoria della relatività generale, fondata su una connessione tra inerzia e gravità. In base a questa teoria anche le forze gravitazionali sono proprietà dello spazio vuoto: tuttavia poiché le forze gravitazionali sono generate da corpi deriverebbe che le masse sono in grado di influenzare lo spazio. La relatività generale ha anche un altro importantissimo merito: aver dimostrato l'importanza e la fondatezza di altre geometrie; dall'antichità al XIX secolo l'unica geometria evidente era considerata la geometria euclidea, ma Einstein con le sue teorie ha dimostrato la validità di altre geometrie (già studiate da Bolyai, Lobachevsky, Gauss e Riemann). Di conseguenza vennero ripresi molti antichi problemi filosofici, quali l'infinità o meno dello spazio e del tempo. Aristotele riteneva che lo spazio fosse dovuto all'estensione dei corpi e fosse perciò finito, S. Agostino riteneva il tempo una creazione di Dio, Kant giudicava entrambi i problemi delle "antinomie". Basandoci sulla teoria della relatività generale non è possibile rispondere se lo spazio occupato dall'universo sia finito o infinito, se abbia confini o meno, se il tempo sia infinito o se sia "iniziato" quattro miliardi di anni fa circa.

I comuni concetti di spazio e tempo definiti da Newton, studiati da Kant sono stati così rivoluzionati dalla teoria della relatività generale, la quale ci ha dunque insegnato che bisogna essere cauti anche nell'utilizzo di concetti comuni in campo scientifico.

Critiche e controproposte all'interpretazione di Copenaghen della teoria dei quanti[modifica]

L'interpretazione di Copenaghen si è allontanata molto dal pensiero materialistico delle scienze naturali del XIX secolo.
A questa nuova visione della realtà sono state mosse delle critiche che possono essere riunite in tre grandi gruppi:

  1. Il primo gruppo non critica i risultati sperimentali ma propone un mutamento di linguaggio tale da rendere la moderna interpretazione più vicina alla fisica classica. Molti scienziati di questo gruppo si sono concentrati sull'idea di "parametri ignoti": poiché le leggi teoretiche quantiche determinano i risultati di un esperimento solo statisticamente, esistono forse parametri ignoti in grado di ristabilire i rapporti causa-effetto.
    Tra questi Boehm il quale afferma: "Noi non dobbiamo abbandonare la precisa, razionale ed oggettiva descrizione dei sistemi individuali nel regno della teoria dei quanti"; tale affermazione si rivela però una "sovrastruttura ideologica".
    Niels Bohr
    Bohr criticava questa speranza sentenziando: "Noi possiamo sperare che una volta o l'altra accada che due per due faccia cinque, perché sarebbe assai vantaggiosa per le nostre finanze" (in realtà l'argomentazione di Bohr non è stringente: non nega affatto che in futuro le teorie di Boehm possano rivelarsi vere così come si potrebbe scoprire un'estensione della logica matematica per cui 2*2=5).
    Una critica analoga è mossa da Bopp e Fenyes, i quali ritengono che la creazione e l'annichilimento di particelle sia il processo fondamentale della teoria dei quanti e che dunque la particella possa considerarsi "reale" nel senso classico del termine; tuttavia anche gli sviluppi di questa teoria, come per la teoria di Boehm, conducono alla distruzione di tutti i tratti di simmetria della teoria dei quanti; inoltre già nel 1928 Jordan, Klein e Wigner avevano dimostrato che le onde sono tanto reali quanto le particelle.
    Sempre sulla linea di Boehm e Fenyes è anche Weizel, il quale propone l'introduzione di una particella ad hoc, la "zeron", per risolvere i parametri ignoti; sebbene teoricamente l'introduzione della "zeron" possa creare problemi di interazione con altre particelle, l'esistenza di questa "zeron" non può essere confermata né negata sperimentalmente (il problema dei parametri ignoti è dunque molto complesso non disponendo di prove sperimentali; esso ricorda il dibattito sulla teoria della relatività generale: chi voleva negare le ipotesi di Einstein affermava che la dimostrazione della relatività del tempo e dello spazio per l'uomo non nega l'esistenza di un tempo ed uno spazio assoluti; tuttavia sia del tempo e dello spazio assoluto sia dei parametri ignoti non è possibile per ora averne una conferma).
    Un critica differente è mossa da Blochinzev e Alexandrov i quali attaccano il lato filosofico della teoria dei quanti; essi lottano per un recupero dell'ontologia materialistica, sostenendo la necessità di esperimenti oggettivi indipendenti dagli scienziati (ovviamente una tale prospettiva è adatta per la fisica classica, ma del tutto inappropriata per la fisica dei quanti a causa della nostra conoscenza incompleta degli esperimenti come dimostrato sopra). Dunque tutti questi tentativi di descrivere la fisica dei quanti con concetti della fisica classica risultano sterili; questo desiderio è forse dettato anche dalla personalità dello scienziato (credo religioso/politico, educazione, convinzioni, valori): infatti, sebbene lo scienziato debba essere totalmente imparziale, egli è sempre influenzato dalla sua mentalità e dalla società all'interno della quale vive e trova sicurezza.
  2. Il secondo gruppo tenta una rianalisi degli esperimenti di Copenaghen per giungere a nuove conclusioni filosofiche. La critica più accurata è mossa da Janossy: egli tenta di modificare la meccanica dei quanti con l'introduzione dei "termini di estinzione delle equazioni" con i quali eliminare i parametri di interferenza causati dall'osservazione. Sebbene non errata la teoria di Janossy conduce però a conclusioni assurde (onde più veloci della luce, intercambio della sequenza temporale di causa ed effetto).
    Una posizione originale è quella di Schroedinger, che vorrebbe attribuire caratteri di oggettività reale solo alle onde; lo scienziato sostiene che i processi quantici siano più continui di quanto non si ritenga normalmente, ma in questo modo non può spiegare le discontinuità riscontrabili con qualsiasi contatore Geiger.
  3. L'ultimo gruppo, che include la critica di Einstein e von Laue, si interroga se quella di Copenaghen possa essere una descrizione unica ed obiettiva dei fatti fisici; essi sottolineano che tra un'osservazione ed un'altra avviene sicuramente qualcosa e, finché non si scoprirà cosa avviene, la teoria non potrà essere considerata valida in assoluto; è necessaria una teoria in grado di spiegare la realtà indipendentemente dallo scienziato.

I tre gruppi concordano dunque nel desiderio di un ritorno ad un mondo reale oggettivo, indipendente dall'uomo e con le loro teorie eliminano le proprietà di simmetria stabilite dall'interpretazione di Copenaghen.
La teoria di Copenaghen non è dunque in alcun modo positivistica: mentre il positivismo considera come elementi della realtà le percezioni sensibili dell'osservatore, l'interpretazione di Copenaghen considera come fondamento di ogni interpretazione fisica il reale e ricorre a una struttura statistica che non può essere evitata per via della nostra conoscenza incompleta della realtà.

La teoria dei quanti e la struttura della materia[modifica]

Il concetto di materia ha subito numerose variazioni nel corso della storia. La più antica filosofia greca, da Talete agli atomisti, ha identificato il concetto di materia con quello di una sostanza universale che soggiace a tutte le trasformazioni; Aristotele considerò la materia non una realtà in sé, ma una possibilità che esiste solo per mezzo della forma; Cartesio distinse la materia tra res cogitans e res extensa; la fisica e il pensiero naturale del XIX secolo hanno distinto materia e forza.
L'oggetto di studio della scienza è sempre stato la materia nelle sue infinite varietà e forme e ciò ha condotto allo studio di quelle strutture responsabili di tale varietà. Attraverso la sperimentazione, metodo fondamentale dai tempi di Galileo, la scienza moderna è giunta ad una fondamentale scoperta: gli elementi chimici, un insieme di sostanze dalle quali è composta tutta la materia; altrettanto significativa fu la seguente scoperta della legge di conservazione della massa: essa dimostrò la possibilità di misurare quantitativamente la massa.
All'inizio del XIX secolo si scoprì che le masse degli elementi erano in rapporto tra di loro (multipli della massa dell'idrogeno) e ciò condusse ad un'ulteriore unificazione della materia: tutti gli elementi erano costituiti da atomi e tali atomi erano composti da un nucleo e da strati elettronici, il cui equilibrio era dettato dalle leggi della fisica dei quanti.

A questo punto lo studio della materia proseguì lungo due vie: verso lo studio delle interazioni degli atomi in molecole di grandi dimensioni o verso il tentativo di penetrare fino all'unità estrema della materia. I primi studi condussero alla scoperta dei legami atomici (ionico e covalente), del magnetismo, della formazione dei cristalli e dei metalli; ciò ha portato ad una profonda unione tra fisica e chimica e ad una notevole influenza in campo biologico, in cui lo studio di molte molecole e strutture viene condotto basandosi su leggi chimiche e fisiche (anche se difficilmente queste ultime, come già detto, potrebbero essere in grado di spiegare le complesse funzioni dei processi biologici).

La seconda linea di studi condusse allo studio del nucleo atomico, alla trasformazione degli atomi, all'accelerazione dei protoni; la struttura del nucleo risultava molto semplice, composta da neutroni e protoni e dunque tutti gli elementi potevano essere considerati come dei composti di protoni, neutroni ed elettroni. Ora, queste tre particelle potrebbero essere considerate unità ultime in senso democriteo o potrebbero trasmutare le une nelle altre o anche in altre particelle? Per poter ottenere queste risposte il fisico deve ricorrere a grandi forze come forze di dimensioni cosmiche o all'ingegnosità e all'abilità dei tecnici.
Nel primo caso ci si avvale dei campi elettromagnetici sulla superficie delle stelle in grado di accelerare particelle atomiche cariche e lanciarle attraverso lo spazio fino alla terra, nel secondo si sfruttano macchine acceleratrici sul modello del ciclotrone di Lawrence (attraverso un campo magnetico le particelle vengono fatte ruotare accelerandone la velocità continuamente). Questi studi hanno condotto alla scoperta di oltre venticinque nuove particelle elementari altamente instabili. Ciò sembrerebbe allontanarci dall'idea di unità della materia, ma gli esperimenti ci hanno anche dimostrato che queste particelle elementari possono generarsi e risolversi in energia cinetica; possiamo dunque dire che tutte le particelle sono costituite di una medesima sostanza l'energia o materia universale. Riprendendo Aristotele possiamo perciò dire che l'energia è la materia e le particelle sono la forma.

Ovviamente la fisica moderna non si ferma ad uno studio qualitativo di tali particelle, ma si addentra anche in una descrizione quantitativa ben più complessa che si ricollega alla teoria della relatività e alla teoria dei quanti. Lo studio e l'analisi della relatività hanno dimostrato che nessuna forza si esercita a distanza e che tale concetto doveva essere sostituito con quello di un'azione che si trasmette da punto a punto. Il tentativo di conciliare la teoria della relatività e della teoria dei quanti attraverso il formalismo matematico ha inoltre condotto spesso a gravi contraddizioni; ad esempio uno schema matematico portò addirittura ad una specie di inversione del tempo (un altro sistema al contrario permise un progresso sostanziale in elettrodinamica quantica).

È infine importante ricordare che la fisica moderna si basa su due costanti: la velocità della luce e il quantum di azione di Planck; tuttavia per ragioni dimensionali dovrebbe esistere una terza costante (ad esempio una lunghezza universale).

Linguaggio e realtà nella fisica moderna[modifica]

Nessuna teoria nel corso della storia ha provocato tanto dibattito quanto la teoria della relatività e quella dei quanti. Ciò è dovuto, forse, al fatto che queste nuove teorie hanno demolito le certezze su cui la stessa scienza si fondava.
Il linguaggio comune si è mostrato via via sempre più inadatto a descrivere le nuove scoperte, mentre i fisici per descrivere i loro esperimenti ricorrono semplicemente alla matematica. Il linguaggio comune è nato come mezzo di comunicazione e come base per il pensiero; ogni parola del nostro linguaggio ha di per sé un limitato campo di utilizzo e una precisa relazione con il concetto (sebbene quest'ultimo, il problema del rapporto parola-concetto, è un problema molto più complesso come dimostra il fatto, ad esempio, che i concetti di "verde" e "rosso" vengano usati anche dai daltonici, sebbene il loro campo di utilizzo debba risultare differente da quello degli altri uomini). Per stabilire il significato delle parole si è allora ricorsi a "definizioni"; nel mondo greco Socrate è stato tra i primi ad interessarsi di questo problema. In seguito Aristotele, ordinando e descrivendo i nostri modi di pensare, ha posto le basi del linguaggio scientifico; tuttavia la semplice analisi logica non può spiegare la complessità del linguaggio: una semplice parola, con le sue infinite sfaccettature e i suoi significati secondari è in grado di portare messaggi differenti a diversi ascoltatori.

La scienza tenta dunque di comunicare i propri contenuti ricorrendo ad un linguaggio al contempo quotidiano e preciso; in fisica teoretica i fatti sono messi in correlazione con simboli matematici; i simboli, attraverso sistemi di definizioni e assiomi, sono collegati tra loro in equazioni e l'infinità varietà delle soluzioni delle equazioni rappresenta l'infinità varietà dei fenomeni naturali.
Collegando concetti matematici a termini ordinari si causa spesso un'evoluzione del linguaggio: concetti come "energia" o "entropia" hanno subito profonde modifiche, il termine "campo elettromagnetico" fu spesso frainteso. Gran parte dei concetti introdotti il secolo scorso e costituenti un insieme ordinato si fondavano su una visione dello spazio e del tempo come assoluti. La relatività stravolgendo spazio e tempo ha anche tolto significato a molto termini e ne ha ridotto l'uso nel caso limite della fisica classica; in seguito l'evoluzione naturale della scienza e del linguaggio ha anche appianato le divergenze (il problema della distinzione tra contrazione "reale" e "apparente"), ha attribuito nuovi significati ad alcuni termini ("simultaneo"), ha generato nuove concezioni (geometrie non euclidee, già studiate da numerosi matematici, da Gauss a Gottingen, in cui la geometria euclidea da noi usata rientra come caso limite).

Ancora più complesso è il problema della terminologia nel campo della teoria dei quanti dal momento che sembra che nessuno dei nostri concetti comuni possa essere utilizzato per descrivere questa realtà; nel campo della fisica dei quanti si manifesta il fenomeno della "interferenza delle probabilità", che nel caso limite delle grandi dimensioni viene eliminato dalla statistica. Riguardo al problema del linguaggio possiamo dunque chiederci sia come si è sviluppato il linguaggio della fisica atomica sia come è stato definito un linguaggio scientifico corrispondente allo schema matematico. Bohr, in conformità con il principio di indeterminazione, ha invitato i fisici a ricorrere ad un linguaggio piuttosto ambiguo, collegato ai concetti classici e quotidiani (per comprendere come questi termini siano a volte inappropriati si pensi al concetto di "temperatura": è facile definire la temperatura di un qualsiasi oggetto comune, ma risulta arduo parlare di temperatura di un atomo giacché questo concetto non è ben definito in relazione agli atomi). L'indeterminatezza di questo linguaggio ha spinto perciò molti studiosi (Birkhoff, von Neumann, von Weizsacker) a tentare di definire un linguaggio più preciso.

Von Weizsaecker, in particolare, ha studiato la logica dei quanti e ha confrontato questa con la logica classica (quest'ultima potrebbe essere un caso limite della logica dei quanti); ha dimostrato perciò che nella fisica dei quanti non esiste il principio del "tertium non datur" e ha introdotto il concetto di "grado di verità" (1 significa vero, 0 falso, ma sono possibili tutti gli altri valori compresi purché la somma delle probabilità-alternative sia l'unità); per questo genere di affermazioni, dette complementari, in cui l'affermazione non è certamente né vera né falsa ma possibile, il giudizio non viene deciso; "non deciso", non significa "non conosciuto", ma semplicemente esprimibile solo con una affermazione complementare. Le relazioni tra affermazioni risultano ancora più complesse dal momento che la veridicità o la falsità di una non implica necessariamente anche la veridicità o la falsità dell'altra. Parlare in termini quotidiani di questi concetti risulta particolarmente difficile ed è perciò necessario ricorrere allo schematismo matematico: d'altronde il mondo atomico e sub-atomico è un mondo di possibilità e potenzialità piuttosto che di cose e di fatti come il nostro mondo macroscopico.

Il ruolo della fisica moderna nell'attuale sviluppo del pensiero umano[modifica]

La fisica moderna, come già descritto, ha contribuito notevolmente all'evoluzione del pensiero umano; spesso gli sviluppi più fruttuosi sono dovuti all'intersezione tra diverse linee di pensiero: è probabile perciò che la fisica moderna unendosi alla tradizione religiosa o al pensiero orientale (cinese, giapponese, indiano e russo) possa portare a nuove sorprendenti idee.
Lo sviluppo della fisica moderna è inoltre strettamente legato allo sviluppo della tecnica: dal tempo di Bacone, Galileo e Keplero scienza e tecnica sono state indissolubilmente legate: i progressi scientifici consentivano nuovi sviluppi tecnici, che a loro volta permettevano alla scienza di progredire; si è così diffuso in tutta Europa l'ideale del pragmatismo e la combinazione di scienza e tecnica ha permesso ai paesi del Vecchio Mondo uno sviluppo senza precedenti.

Oggi i risultati della fisica moderna ci hanno insegnato che non bisogna sempre considerare ottimisticamente l'uso della scienza: l'invenzione degli ordigni nucleari ha profondamente sconvolto gli equilibri geopolitici (forse le nuove armi termonucleari hanno evitato lo scoppio di nuove guerre a livello planetario, che si sarebbero risolte in un olocausto, ma ha forse agito anche come incentivo per conflitti a scala ridotta).
Anche il ruolo dello scienziato ha subito un profondo cambiamento: data l'influenza politica della scienza egli può prendere parte o meno all'amministrazione del proprio paese; nel primo caso sarà responsabile per le decisioni del suo paese mentre nel secondo sarà sempre responsabile per le cattive decisioni che avrebbe potuto impedire e le buone che avrebbe potuto prendere. Gli scienziati possono inoltre promuovere attraverso la ricerca la cooperazione internazionale; in particolare la collaborazione delle nuove generazioni composte da ricercatori con tradizioni culturali differenti potrebbero contribuire sia allo sviluppo della scienza sia, come detto, alla cooperazione fra i vari paesi.
A prescindere dall'impegno degli scienziati il valore delle teorie scientifiche è comunque dettato dalla loro validità: differentemente dalle idee politiche che si affermano secondo la loro influenza, le idee scientifiche si affermano solo se vere. Ovviamente quanto detto fin qui per la fisica moderna vale anche per le altre branche della scienza, sebbene la fisica atomica goda di un peso politico maggiore.

La fisica moderna differisce inoltre profondamente dalla scienza naturalistica; quest'ultima è sorta dopo il XVI secolo dall'evoluzione del pensiero rinascimentale, dalle teorie di Galileo (ma prima di lui anche di Occam e Duns Scoto) e dalla filosofia cartesiana che con il suo dualismo aveva ormai posto Dio troppo lontano per essere ancora centro di studio. L'interesse della ricerca si è così volto alla realtà: mentre nel Medioevo la realtà aveva importanza solo per il suo aspetto simbolico, i nuovi ricercatori iniziano a considerare la natura in quanto tale, studiando ciò che si può vedere e toccare. Questo nuovo atteggiamento significava l'avvio della mente umana verso un immenso campo di nuove possibilità e ciò venne subito osteggiato dalla Chiesa.

Galileo davanti al Sant'Uffizio in un dipinto del 1800

Nonostante l'opposizione ecclesiastica (vd. processo a Galileo) la ricerca scientifica tuttavia non si arrestò e proseguì nel suo sforzo di rappresentazione della realtà definendo quello che oggi noi chiamiamo concetti della fisica classica. Il progredire della scienza portò alla costituzione di un sistema rigido di concetti a cui erano alieni idee proprie della tradizione culturale occidentale, come i concetti di spirito e anima. Solo in un secondo momento la scienza si interessò allo spirito (psicologia), considerandolo una sorta di specchio del mondo materiale e studiandolo come un soggetto totalmente determinato dalle leggi di causa-effetto. L'impossibilità di spiegare scientificamente questi concetti contribuì in Occidente allo sviluppo di un sentimento di ostilità o almeno indifferenza verso la Chiesa e la religione (si salvarono da questa crisi soltanto i valori etici del Cristianesimo).

La scienza moderna ha oggi completamente dissolto il sistema di concetti della fisica classica, ormai troppo ristretto per comprendere la realtà. Soltanto la ricerca sperimentale ha permesso di evidenziare l'erroneità di concetti quali spazio e tempo, così diffusi nella nostra mentalità e che avevano ottenuto molti successi nella storia della scienza. La dissoluzione si è realizzata in due fasi: in un primo tempo con la scoperta della teoria della relatività ed in un secondo momento con gli studi della struttura atomica; i nuovi risultati richiesero un nuovo linguaggio in grado di descrivere la realtà; i concetti classici, spesso imprecisi e legati alla realtà hanno dovuto inevitabilmente lasciare spazio a concetti scientifici, idealizzazioni della realtà definiti con precisione attraverso assiomi con cui è stato possibile descrivere i modelli matematici della realtà. In seguito a questa rivoluzione linguistica e concettuale, il nostro atteggiamento verso idee come anima e Dio è risultato profondamente modificato rispetto a quello della fisica classica: essi sono concetti della nostra quotidianità, estranei alla scienza; possiamo accettarli anche se essi potrebbero condurre a delle contraddizioni (dopotutto la stessa matematica, la parte più precisa della scienza, si fonda inevitabilmente sul concetto di infinito, nonostante questo porti a contraddizioni ben note ed analizzate). Inoltre la scienza moderna, sebbene abbia spesso accresciuto lo scetticismo, lo ha anche rivolto verso l'eccessivo ottimismo nel progresso e verso lo stesso scetticismo: ha cioè dimostrato la possibile negatività dell'applicazione della scienza, la limitatezza della conoscenza umana e la necessità del linguaggio naturale (tante volte attaccato dallo scetticismo) per la comprensione della realtà.
Questi sono gli sviluppi dell'interazione tra la tradizione culturale occidentale e la scienza moderna, ma i risultati potrebbero essere profondamente differenti nel caso che la fisica moderna si unisca in tempi diversi a tradizioni culturali differenti. Scienza e tecnica influenzano (positivamente e negativamente) lo sviluppo di antiche tradizioni culturali, si fondono con il pensiero filosofico (in Europa Hegel e Marx), possono favorire la tolleranza a scapito della fede inflessibile nella religione o in ideologie (soprattutto quando con fede si intende "percepire la verità di qualcosa" piuttosto che ciecamente "assumere qualcosa a base della vita").

Concludendo la fisica moderna tende verso un'unificazione ed un ampliamento del nostro mondo attuale: favorisce la diminuzione delle tensioni culturali e politiche del nostro tempo; in questo periodo di transizione, tuttavia, accanto alla tendenza unificatrice della scienza vi è anche una tendenza opposta, per cui ogni comunità cerca di preservare e conservare la propria identità e tradizione. La fisica sembra tuttavia favorire notevolmente il processo di unificazione mostrando sia i rischi di un possibile conflitto su larga scala sia accettando e mediando varie tradizioni ed ideologie.