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Da democritico ai quark: un viaggio che va avanti da 2000 anni alla ricerca della verità

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Gli uomini hanno tentato nel corso dei secoli di rispondere alla domanda: di cosa è fatto tutto ciò che ci circonda? E quali leggi sono alla base della costruzione della materia che vediamo e non vediamo? Si passa così da Democrito (vissuto nel 400 avanti Cristo e che per primo ha pensato agli atomi come costituenti la materia) ai quarks, particelle subnucleari di cui tutta la materia pesante è costituita e che vennero ipotizzati da Gell-Mann (fisico americano vivente) nel 1963. E’ un lungo viaggio non solo del pensiero scientifico ma dell’uomo stesso, pieno di vicoli ciechi ma anche di straordinarie scoperte. Ce lo testimonia anche il grande poeta Giacomo Leopardi nel suo Zibaldone quando descrive il misterioso convivere nell’uomo della sua grandezza e della sua piccolezza nell’atto della scoperta:

[…]con questo atto e con questo pensiero, egli dà la maggior prova possibile della sua nobiltà, della forza e della immensa capacità della sua mente, la quale, rinchiusa in sì piccolo e minimo essere, è potuta pervenire a conoscere e intendere cose tanto superiori alla natura di lui, e può abbracciare e contenere col pensiero questa immensità medesima dell’esistenza delle cose.

Facciamo ora un passo indietro e parliamone seguendo un ordine diacronico.
La prima visione completamente meccanicistica nel mondo greco è l’atomismo di Democrito (460-370 circa a. C.), che viene poi ripreso da Epicuro (341-270/271 a. C.) e dal poeta latino Lucrezio (98-54 circa a. C.).
Il concetto di atomo è stato introdotto nel mondo greco, nel V secolo a.C., da Leucippo di Mileto, maestro di Democrito, che è universalmente considerato il padre dell’atomismo. Il termine atomo di origine greca significa «che non si può dividere», infatti secondo Democrito tutta la realtà è costituita da atomi immutabili, infiniti,che durano nel tempo e che si muovono incessantemente nel vuoto. Gli atomi sono particelle elementari, indivisibili e differenti tra loro solo per caratteristiche quantitative o oggettive come la forma, la grandezza, l’ordine e la posizione, dotate di movimento eterno che è ad esse connaturato. L’incessante movimento porta gli atomi ad aggregarsi e a separarsi, dando luogo alla nascita, alla trasformazione e alla morte di tutto ciò che esiste. Le cose (tra cui anche l’uomo) sono pertanto combinazioni di atomi.

Il pensiero di Democrito infatti, trova ben presto un illustre oppositore nella figura di Platone, che addirittura non fa nessuna menzione di lui nei suoi “Dialoghi”. A Platone segue Aristotele, che elabora un pensiero filosofico in netta antitesi con l’Atomismo e che più volte all’interno della sua opera manifesta un forte dissenso nei confronti di tale dottrina. In seguito Democrito viene rivalutato da pensatori quali Epicuro e Lucrezio che ne ripropongono il pensiero, anche se con intenzionalità diverse da quelle naturalistiche, soprattutto con il primo; infine subisce un netto rifiuto con l’affermarsi del Cristianesimo, che, dato il suo stretto legame con la filosofia Scolastica direttamente derivata dal pensiero aristotelico e platonico giunge a definire eretico l’Atomismo e quindi a bandirlo dalla cultura “lecita”. Nel Seicento Robert Boyle elaborò l’ipotesi che i gas fossero costituti da particelle microscopiche che si urtavano tra loro. La paura a chiamare queste particelle atomi è giustificata dal comportamento della Chiesa cattolica, che nel 1632 aveva messo al bando da tutte le scuole dei gesuiti l’insegnamento della teoria atomistica, considerata ai confini con l’eresia.Soltanto con il Rinascimento e con l’età moderna l’Atomismo sarà riscoperto e rivalutato e tornerà ad ispirare filosofi e pensatori. Nella seconda metà dell’Ottocento Joseph John Thomson scopre l’elettrone, una particella di carica negativa, e si fa strada l’idea che gli elettroni possano essere presenti all’interno di tutti gli atomi. In quegli anni fu dimostrato che alcuni elementi sono radioattivi, cioè possono emettere particelle cariche. Se gli atomi possono emettere particelle cariche, è necessario ipotizzare che esse siano alla base di tutti gli atomi. All’inizio del XX secolo, però, non si sa come le cariche positive e negative siano disposte all’interno degli atomi. Thomson propone un modello atomico in cui l’atomo è una sfera di carica positiva al cui interno si trovano gli elettroni. Gli esperimenti condotti da Ernest Rutherford nel 1911 smentiscono il modello di Thomson, e portano alla ribalta il modello planetario in cui l’atomo è composto da un nucleo centrale di carica positiva intorno a cui ruotano gli elettroni negativi. Tutti i modelli atomici proposti implicano il superamento dell’indivisibilità dell’atomo che era stata postulata da Democrito. Oggi sappiamo che l’atomo è costituito da particelle negative chiamate elettroni che ruotano intorno al nucleo, particelle positive (protoni) e particelle neutre (neutroni). Non solo l’atomo è divisibile, ma, come si scoprirà poi, anche le particelle subatomiche che costituiscono il nucleo sono a loro volta composte. Con l’avvento della meccanica quantistica negli anni Venti del Novecento, infine, non si parla più di elettroni rotanti e di orbite, ma di equazioni matematiche e funzioni d’onda. Sono tutte importanti tesi che fanno sì che questa dottrina possa essere considerata vicina al modo di pensare moderno. Come la concezione della pluralità dei mondi e dell’infinità dell’universo  , che lo mette in relazione con il pensiero di Giordano Bruno, e su cui si fonda la cosmologia moderna; ma anche dell’unità e omogeneità tra le realtà celesti e quelle sublunari (teoria che rimane sepolta fino al periodo rinascimentale, quando con la rivoluzione astronomica viene rivalutata ed accettata).Ma è Pierre Gassendi che rimodulò la dottrina cristiana secondo un’ontologia pluralistica in acordo con la Genesi e con la nuova fisica teorizzata da Newton. Questa infatti implica la pluralità degli elementi dell’essere, come “particulae elementari”, in relazione al concetto di vuoto. Gli atomi con Gassendi cessano di essere gli elementi-base di una materia eterna e diventano creazioni di Dio e suoi strumenti. Dobbiamo aspettare la fisica del Novecento, che confermerà la validità dell’atomismo come tesi filosofica fondamentale e su cui i famosi “Ragazzi di via Panisperna”(nome del noto gruppo di fisici italiani:Fermi con D’Agostino, Segrè, Amaldi e Rasetti) si basarono. Scoprirono le proprietà dei neutroni lenti (1934), che diede avvio alla realizzazione del primo reattore nucleare sperimentale e alla successiva bomba atomica nell’ambito del Progetto Manhattan nei Laboratori Nazionali di Los Alamos (USA). Gli studi a livello atomico sono tutt’ora condotti, perchè, come disse il grande fisico del ‘900 Jean Pierre:“il visibile complicato può essere spiegato sulla base dell’invisibile semplice” .

Gaia Lupini