Ontologia fondamentale della fisica delle particelle

Una ontologia fondamentale della fisica delle particelle (o ontologia delle particelle o zoo della fisica delle particelle) � il sistema di asserzioni scientifiche interdipendenti che sostiene che gli atomi sono fatti di particelle fisiche e che c'� un numero finito di queste che esistono, e vanno tenute in conto in qualsiasi ontologia che abbia la pretesa di descrivere la base della meccanica classica e della chimica. Questo motiva i continui investimenti nella tecnologia degli acceleratori di particelle e nella ricerca di base, distinti dal sovvenzionamento della fisica teorica o dell'istruzione.

L'ontologia ed i metodi correnti sono spiegati nell'articolo sulla fisica delle particelle. Quest'articolo si occupa dell'impatto di questa ontologia in attività diverse dalla fisica delle particelle.

Table of contents

1 Perché abbiamo bisogno di questo zoo?
2 Chi usa questo zoo?
3 C'� qualcuno che contesta questo zoo?
4 Origini
5 Quando la scienza non � scienza
6 Particelle contro onde, stringhe ed ordine
7 Come conseguenza del pregiudizio umano
8 Fisici anti-riduzionisti
9 "E' solo un modello"
10 Soltanto un altro limite?
11 Limiti sociali alla conoscenza?
12 Come conseguenza delle menti incorporate
13 Futuro incerto

Perché abbiamo bisogno di questo zoo?

Molti assumono che questa ontologia fondamentale sia al momento il modo migliore di comprendere scientificamente "il livello fondamentale della realtà. La nostra ontologia comprende i quark, lo spazio-tempo, and e le ampiezze di probabilità." - Eleizer Yudkowsky.

La sua esistenza, e la sua estensione, suscitano molte questioni fondamentali per l'epistemologia, la filosofia della scienza, la filosofia della matematica, la scienza cognitiva e persino la teologia. Il modello standard � "il livello fondamentale della realtà?" Oppure questa pretesa � stravagante, irragionevole, pericolosa o peggio?

Chi usa questo zoo?

Anche se la fisica delle particelle usa lo zoo per motivare ulteriori indagini nella fisica delle particelle, questa non � la sua unica influenza sulle scienze e neppure la principale:

Sempre pi�, le simulazioni guidano l'investimento di energie nella ricerca di base. Quindi, lo zoo � importante perché fornisce la descrizione pi� fondamentale della realtà da usare nell'informatica fondazionale e nell'intelligenza artificiale, nel sovvenzionamento, e perché le ricerche nello zoo servono da standard di prova per la falsificabilità in altre scienze "fisiche" - le cui leggi si presumono attinenti a utto l'universo conosciuto, cio�, "universali". Obiezioni a queste assunzioni sorgono per lo pi� nelle scienze umanistiche, ma si rilevano sempre pi� nell'ambito della stessa fisica:

Molti fisici, in particolare nella fisica dello stato solido, contestano la nozione della fisica delle particelle come base per tutta la scienza. Le loro obiezioni si inseriscono in uno spettro continuo di questioni riguardanti i metodi sperimentali, il pregiudizio cognitivo umano, la falsifiabilità, ed il riduzionismo.

C'� qualcuno che contesta questo zoo?

Sì. La fisica anti-riduzionista sostiene che l'ontologia fondamentale potrebbe essere composta di collezioni o relazioni o operazioni, piuttosto che da particelle.

Per comprendere queste ed altre questioni nel loro contesto occorre un'analisi della fisica delle particelle così come � impiegata come ontologia fondamentale nelle altre scienze:

Origini

L'atomismo - la prima ontologia fondamentale ad assumere un qualsiasi modello di "fisica delle particelle" - risale ai Greci di 2000 anni fa; ed Isaac Newton riteneva che la materia fosse fatta di particelle nel XVII secolo. Fu però John Dalton ad affermare formalmente nel 1802 che tutto � fatto di piccoli atomi.

La prima tavola periodica di Dmitri Mendeleev, del 1869, contribuì a cementare la visione, prevalente per tutto il XIX secolo, che le scienze naturali dovessero assumere una ontologia fondamentale di atomi composti da protoni, neutroni ed elettroni - e nient'altro. Il nucleo atomico di protoni e neutroni era considerato un'unità indivisibile, e l'elettrone come l'unica particella mobile e separabile.

Le esplorazioni del XX secolo nei campi della fisica nucleare e quantistica, culminati con le prove della fissione e della fusione nucleare, diedero il via alla generazione degli atomi l'uno dall'altro, rendendo possibile (anche se non economicamente sfruttabile) la trasmutazione del piombo in oro. Queste teorie predirono con successo le armi atomiche.

Quando la scienza non � scienza

La Guerra Fredda e la corsa agli armamenti spinsero scienziati statunitensi, sovietici ed europei a costruire acceleratori di particelle per frantumare l'atomo in in pezzetti sempre pi� piccoli. Anche se inizialmente l'Unione Sovietica, per motivi militari, non condivideva che i risultati pi� elementari, gradualmente le tensioni si attenuarono e lo zoo della fisica delle particelle fu riconosciuto come un prodotto di "scienza normale" anche se solo pochissimi apparati sperimentali erano capaci di riprodurne i risultati.

Fu questo uno dei molti fattori che indussero indagini nella filosofia della scienza, e nella stessa falsificabilità. Simili questioni erano sorte nella filosofia della matematica specialmente "il teorema d'incompletezza di Kurt Godel (1931), che dimostra che esiste una verità anche al di là dell'abilità della matematica di dimostrarla come vera" - Oskar Gruenwald

Il filosofo pi� significativo implicato in entrambi i dibattiti ad un livello fondamentale fu Bertrand Russell - le cui opinioni divennero sempre pi� politicizzate e difficili da caratterizzare come scienza - alcuni lo considerano il primo dei filosofi del corpo del XX secolo inoltrato.

Particelle contro onde, stringhe ed ordine

Alcuni mettono in dubbio la coerenza delle varie assunzioni della fisica delle particelle. Una critica ben nota, attraverso la teoria delle stringhe e varie branche della meccanica quantistica, tenta di unificare la spiegazione dei fenomeni osservati negli esperimenti degli acceleratori di particelle in una teoria basata sulle onde, e sui legami cognitivi fra osservatore e osservato (ad esempio, l'"ordine implicato" di David Bohm). Questa contestazione in generale segue il metodo scientifico ed accetta pretese di falsificabilità della predizione matematica.

Non � riuscita però a produrre una teoria del campo unificato.

Come conseguenza del pregiudizio umano

Un dubbio sostanziale sulla realtà di fenomeni fisici difficili da osservare � persistito nella fisica moderna. La prima tenue affermazione di questo tipo fu avanzata da Eugene Wigner nel suo articolo del 1960 "The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences" ("L'Irragionevole Efficacia della Matematica nelle Scienze Naturali"), dove, nelle note a pi� di pagina, Wigner sostenne che "� utile, nelle discussioni epistemologiche, abbandonare l'idealizzazione che il livello dell'intelligenza umana abbia una posizione singolare su una scala assoluta. In alcuni casi può anche essere utile considerare la realizzazione possibile al livello dell'intelligenza di qualche altra specie." Questo argomento rimase inesplorato per 40 anni mentre la psicologia cognitiva, l'antropologia, la primatologia ed altre scienze investigavano "il livello dell'intelligenza di qualche altra specie."

Talvolta � divampato il dibattito etico sul sovvenzionamento della ricerca scientifica, ma non c'� alcun grande appello per la preservazione delle Grandi Scimmie per le loro intuizioni cognitive sulla fisica, né per il sovvenzionamento di un programma di studi della etnomatematica - lo studio della matematica popolare in tutto il mondo. Il dibattito � condotto in termini informali ed in ultima analisi politici. Le intuizioni dei fisici in temi spirituali o ecologici sono in genere viste separatamente dalla loro fisica.

Se fossero ampiamente accettati, questi argomenti altererebbero la professione dei fisici, ma non, probabilmente, il loro ultimo affidamento sulle notazioni matematiche.

Fisici anti-riduzionisti

Alcuni fisici dello stato solido mettono in dubbio ad un livello pi� profondo la nozione della fisica delle particelle come base per ogni altra conoscenza. Fanno notare che grandi numeri di oggetti possono subire comportamenti statistici ed avere proprietà indipendenti dalle proprietà delle particelle stesse.

Per di pi�, rilevano, ci sono sistemi con componenti radicalmente diversi che possono subire comportamenti molto simili, e si � argomentato che le somiglianze di comportamento possono essere meglio comprese attraverso regole universali indipendenti dalle proprietà dei componenti dei sistemi stessi. Queste regole o metodi o processi sarebbero "pi� reali della materia" in quando determinerebbero come gli osservatori condividano una comprensione della materia, e porrebbero limiti sulla fattibilità investigativa.

"E' solo un modello"

La reazione di tali fisici ad astrazioni matematiche che predicono completamente fenomeni fisici potrebbe essere caratterizzata negli stessi termini degli immaginari cavalieri di Monty Python And The Holy Grail, che incontrano Camelot (simulata) per la prima volta: "E' solo un modello."

La maggior parte degli scienziati sarebbe d'accordo con questo punto di vista, rifiutando il riduzionismo come filosofia, anche se devono ricorrervi per ottenere sovvenzioni. Un'obiezione comune degli scienziati ai punti di vista "anti-riduzionisti" e che lo stesso metodo scientifico richiede indagini e sfide costanti - e che sono l'informatica, la simulazione, l'intelligenza artificiale, altre tecnologie ed il processo di finanziamento ad assumere o richiedere una qualsiasi "ontologia fondamentale". In altre parole, quindi: "E' solo un modello."

Soltanto un altro limite?

In ogni caso, i modelli vengono applicati, e talvolta determinano il destino di molte vite. Per la sopravvivenza della scienza � critico sapere come verificare i modelli, e quando � impossibile verificarli. Altrimenti, la stessa scienza perde credibilità.

Trovare limiti del genere, naturalamente, � stata una caratteristica della matematica e della scienza del XX secolo, ad esempio la lunghezza di Planck, il principio d'indeterminazione, ecc.

Se alcuni di questi limiti sono sulla fattibilità investigativa, o anche eticamente imposti dal principio di precauzione, questo potrebbe non essere sorprendente di per sé: la teologia sostiene da molto tempo che le regole etiche ed i principi morali guidano le concezioni umane pi� di qualsiasi esperimento sensoriale.

Limiti sociali alla conoscenza?

Rivolgersi ai limiti sia sociali che etici della conoscenza � un tema comune dei teologi moderni, specialmente Papa Giovanni Paolo II, che sostenne nella sua Fides et Ratio (1995) che "anche la ragione ha bisogno di essere sostenuta nella sua ricerca da un dialogo fiducioso e da un'amicizia sincera. Il clima di sospetto e di diffidenza, che a volte circonda la ricerca speculativa, dimentica l'insegnamento dei filosofi antichi, i quali ponevano l'amicizia come uno dei contesti pi� adeguati per il retto filosofare." (n. 33)

Questa non � una richiesta di abbandonare la ricerca quanto di indirizzarne gli obiettivi: "non posso non incoraggiare i filosofi, cristiani o meno, ad avere fiducia nelle capacità della ragione umana e a non prefiggersi mete troppo modeste nel loro filosofare. La lezione della storia di questo millennio, che stiamo per concludere, testimonia che questa � la strada da seguire: bisogna non perdere la passione per la verità ultima e l'ansia per la ricerca, unite all'audacia di scoprire nuovi percorsi." (n. 56).

Questa ricerca, presumibilmente, � per una ontologia fondamentale nuova ed etica.

Come conseguenza delle menti incorporate

Comunque, qualsiasi insieme del genere di nuove assunzioni, dovrebbe ancora spiegare la fisica delle particelle almeno come conseguenza della chimica cognitiva dell'uomo o dei primati, e dell'apparato sperimentale, cio� l'acceleratore di particelle, e spiegare come "la mente incarnata porta in essere la matematica" - creando perciò le idee umane sulla sulla fisica subatomica.

La scienza cognitiva della matematica del linguista George Lakoff e dello psicologo Rafael E. Núñez solleva serie obiezioni all'assunzione di qualsiasi modello matematico come "reale" - suggerendo che tali particelle possano benissimo essere rilevate a causa del desiderio di rilevarle, o per un pregiudizio condiviso da tutti gli osservatori umani, o per l'affidamento su pochissimi apparati acceleratori di particelle molto costosi.

Al momento questa linea di ragionamento sembra confinata a certi ontologi e filosofi del corpo radicali, e viene rilevata qui per completezza.

I critici sostengono che nessuna seria questione di pregiudizio osservativo ha mai disfatto una importante teoria fisica, e che gli argomenti contro l'ontologia fondamentale della fisica delle particelle sono in ultima analisi soltanto 'politici'.

Futuro incerto

Mentre vengono messi in dubbio i metodi di simulazione, la falsificabilità, il pregiudizio osservativo, e l'obiettività della "grande scienza" sovvenzionata da governi e società, sembra probabile che i dubbi circa lo zoo della fisica delle particelle come ontologia fondamentale affidabile per le altre scienze continueranno. La comprensione della neuroscienza e della chimica cognitiva dell'uomo e dei primati, comunque, appare insufficiente per avanzare una nuova ontologia fondamentale basata su di esse.

Per ulteriori informazioni, vedere filosofia della matematica