Teorie del Tutto

Gatto", Linda, Marzo 2015

Teorie del Tutto.

Abbiamo visto nel paragrafo precedente che la scienza moderna ha rinunciato all'idea del determinismo stretto. La realtà fisica viene spiegata in termini di probabilità.

Resta comunque aperta una grande domanda. Può esistere una teoria del tutto?
Può esistere cioè una teoria coerente che poggiando su un numero finito di leggi scientifiche sia in grado di spiegare tutti i fenomeni fisici?
Una tale teoria sarebbe in grado spiegare tutti i fenomeni dell'universo perché la chimica, la biologia e tutte le altre scienze derivano dalla fisica.
Le due teorie su cui poggia tutta la fisica moderna sono:

• La Teoria della Relatività
  
• La Teoria Quantistica dei Campi
  

La Teoria della Relatività di Einstein spiega i fenomeni connessi solo con la gravità e si occupa di fenomeni su larga scala. La teoria della relatività collega per mezzo di complesse equazioni matematiche il concetto di spaziotempo (ossia lo spazio ed il tempo visti come un'unica entità) alla materia ed all'energia. La teoria della relatività riesce così a dare una descrizione coerente della gravità come proprietà geometrica dello spaziotempo: in particolare, come viene spesso detto, nella teoria della relatività lo spaziotempo dice alla materia come muoversi e la materia e l'energia dicono allo spaziotempo come curvarsi.
E' difficile raccontare di più di questa elegante ed affascinante teoria senza entrare in tecnicismi avanzati.
Possiamo forse solo aggiungere che la teoria della relatività generalizza le idee della Teoria della Relatività Ristretta (sempre di Einstein) che prendeva come base due principi fondamentali: 1) le leggi della fisica devono essere uguali per qualunque sistema senza accelerazioni, 2) la velocità della luce nel vuoto è sempre la stessa per qualunque osservatore indipendentemente dal movimento della sorgente.
La Teoria Quantistica dei Campi è una teoria che spiega i fenomeni connessi con le forze non gravitazionali (forza nucleare forte, forza nucleare debole, forza elettromagnetica) e si occupa di fenomeni su piccola scala. Nella teoria quantistica tutto è quantizzato cioè appare in pacchetti, o quanti: l'energia e la materia sono composte di questi pacchetti di base non ulteriormente divisibili.
I fisici hanno sperimentalmente confermato con grande precisione ogni aspetto e predizione di entrambe le teorie quando applicate ciascuna nel suo ambito di validità.
E' anche ben noto però che le due teorie sono mutuamente incompatibili e non possono essere entrambe corrette: quando applicate a fenomeni che coinvolgono una grande massa in un piccolo spazio (come accade nei buchi neri o nei primissimi stadi di formazione dell'universo) le due teorie predicono risultati molto diversi. Questo è senz'altro il più grande problema aperto della fisica.
Negli ultimi decenni la ricerca di una teoria del tutto che riesca ad unificare in qualche modo la teoria della relatività e la teoria quantistica ed a rivelare un verità fisica più profonda, è stata condotta con enorme impegno e sforzo da parte dei fisici teorici e dei matematici. Ma il problema resta aperto. (Ci torneremo su anche nel prossimo paragrafo).

Può esistere una teoria del tutto?
Vari studiosi si sono posti il problema se non esista una connessione tra il Teorema di Incompletezza di Gödel e la difficoltà a trovare una Teoria del Tutto.
Una Teoria del Tutto sarebbe senza dubbio una teoria matematica consistente non banale e perciò per il Teorema di Incompletezza di Gödel essa dovrebbe essere una teoria incompleta che non riesce cioè a provare tutte le verità ed a descrivere tutti i fenomeni dell'universo. Per cui una Teoria del Tutto non sarebbe una del tutto. Stephen Hawging ha detto:

Some people will be very disappointed if there is not an ultimate theory, that can be formulated as a finite number of principles. I used to belong to that camp, but I have changed my mind. - Gödel and the end of physics, 2002.