Nel caldo giugno del 1925, al ventiquattrenne Heisenberg, che stava in quel momento, guarda caso, a Göttingen, venne la febbre da fieno. Cosa fanno (facevano) i tedeschi in queste circostanze? Andavano dove non c’erano piante. Heisenberg andò a Helgoland, un’isoletta che sta nel mare del nord, a ovest della Danimarca, lì, sperduta nel grande mare nero. Dico mare nero perché io ci sono stato, non penserete che un fisico perduto dietro a fantasie di pellegrinaggi si perda una simile occasione. C’è un battello che da Cuxhaven porta a Helgoland in poche ore, si va e torna in giornata. L’isola si gira a piedi, ed è rigogliosa di piante come non mai. Io non lo so come sia stato, se le piante sono cresciute tutte dopo, per festeggiare gli avvenimenti del ’25 o se semplicemente non c’erano quelle che davano fastidio al nostro fisico. Dev’essere così, perché dice il serissimo Van der Waerden che “non vi cresce alcuna erba”.

Ecco una rapida descrizione di Heisenberg, in una lettera al sullodato Van der Waerden: “Vi fu un attimo a Helgoland, nel quale mi venne come un’illuminazione, quando realizzai che l’energia era costante nel tempo. Era notte, e piuttosto tardi. Ricalcolai tutto faticosamente; e funzionava. Mi arrampicai allora su una roccia, guardai l’alba e fui felice.”

Voi direte, bella scoperta, si era accorto che l’energia si conserva, ma non lo sanno tutti che le cose vanno sempre così? Sì, lo avevano sempre detto tutti, salvo che invece, proprio negli anni immediatamente precedenti, siccome non si riusciva a capire davvero nulla del perché avvenivano certi decadimenti (emissioni di elettroni da parte di certi atomi) alcuni – e tra questi Bohr e altri dei migliori – si erano azzardati a ipotizzare che l’energia si conservasse solo in media e non in ogni singolo processo. Capite che questa è grossa: ci possono essere, secondo questa ipotesi, dei processi elementari nei quali l’energia non viene conservata, eresia e raccapriccio, purché naturalmente su un grande numero di processi analoghi l’energia totale si conservi. Non era una rinuncia da poco. E invece ad un certo punto il nostro capì che non occorreva questa ipotesi così eterodossa e riuscì a far quadrare i conto lo stesso.

Però a prezzo di altre pesanti eterodossie. L’evoluzione del pensiero di Heisenberg in questo frangente è abbastanza limpida. Non sa bene a cosa si possa ragionevolmente rinunciare. E allora si attacca ad un principio chiaro e distinto:  “Il punto fondamentale è: nel calcolo di qualsiasi grandezza, energia, frequenza o altro, devono apparire soltanto relazioni tra quantità in linea di principio controllabili.” Frase interessante perché prelude ad un’analisi spietata su quel che davvero è controllabile, cioè davvero misurabile e cosa no.

Voi come fareste a misurare la posizione di un elettrone? Lo guardereste? E guardare cosa significa di preciso? Per vedere bisogna che qualche cosa passi – al contrario di quel che pensavano i nostri deliziosi stilnovisti per i quali era il nostro occhio che emanava qualcosa che colpiva l’oggetto osservato – dal visto al vedente. Dunque dovete illuminare l’elettrone e aspettare che qualche pezzetto di quella luce vi rimbalzi sulla retina; capite subito che non è come dirlo, soprattutto perché appena sbattete sull’elettrone un po’ di luce – si dice un fotone – questo influenza il movimento dell’elettrone e lui non è più quello di prima e non riuscite più a capire dove sia andato.

Per questo Heisenberg diventò sempre più esigente in materia: per parlare di una grandezza, occorre che sia osservabile. Lettera di Heisenberg a Pauli del 9 luglio 1925: “Da Helgoland in poi il mio punto di vista sulla meccanica diventa di giorno in giorno più radicale . . . siamo d’accordo che già la cinematica della teoria quantistica dev’essere tutt’altra da quella della meccanica classica . . . è mia convinzione che una interpretazione delle formule di Rydberg nel senso di orbite circolari o ellittiche della geometria classica non abbia il minimo senso fisico e tutti i miei poveri sforzi vanno nella direzione di ammazzare completamente, e sostituire con qualcosa di appropriato, il concetto di orbita, che appunto è del tutto non osservabile.”

Questo dunque è il nuovo punto: occorre sacrificare uno dei pilastri della cinematica classica: cinematica è quella parte iniziale della meccanica che insegna a descrivere (non a calcolare o a spiegare) il movimento. Il pilastro è il concetto di orbita. Cosa è l’orbita? È il cammino di un corpo al passare del tempo, la sua traccia spazio-temporale, la conoscenza ad ogni istante della posizione del corpo. Bene questo non s’ha più da fare o da immaginare di poter sapere. Basta orbite, bisogna cambiare, sostituirle con qualche altra idea, forse più debole, però – in compenso – osservabile. E il difficile era, naturalmente, trovare quest’altra idea, più debole sì di quella di orbita, tuttavia sufficientemente forte da poter ancora fare un po’ di fisica. Se no, dove stava più il divertimento?

L’ultima parola del pezzo precedente era imbroglio. Parola impegnativa. Nella scienza, poi, perbacco, cosa può voler dire.

Prima di tutto, per tranquillizzare (o forse non tranquillizzare) i bisognosi di certezze, diciamo subito che non è che adesso rispondiamo alla domanda se la luce è un’onda o una particella con l’ultimo ritrovato della scienza moderna. Bisogna purtroppo adattarsi al fatto, il fatto, che la scienza non va avanti risolvendo tutti i problemi già posti, negli stessi termini e con gli stessi criteri con cui si erano posti. No. La scienza va avanti – e così è anche stata e continua a essere un po’ più divertente – cambiando i problemi, facendone sparire qualcuno di vecchio e inventandone di nuovi e risolvendo quelli vecchi in termini insospettati, termini che magari non sarebbero stati in precedenza accettati.

Certo non sempre è così – in casi importanti è stato anche così.

Prendete il fisico quadratico medio (voi scuserete questa espressione, evidentemente e ironicamente settaria, almeno nel senso che è molto usata nella setta): se gli domandate appunto se la luce ecc., lui risponde che non è più una domanda, che la luce è tutte e due e che la cosa non è contraddittoria, perché mai dovrebbe esserlo, mica si può applicare il senso comune a tutte le nuove conquiste della scienza. L’importante, dice il sullodato, è che abbiamo uno strumento formale chiaro e distinto per descriverne il comportamento. Cos’è lo strumento formale? È il mezzo matematico, il mezzo per eccellenza, quello che ormai ha intriso la fisica completamente e definitivamente. Sentite cosa diceva Pauli, lui in persona, Wolfgang Pauli, figlio di vecchia famiglia ebrea praghese trasbordata a Vienna a fine Ottocento – non lasciatevi ingannare dal cognome, il papà era Pascheles, che si fece prontamente cambiare a Vienna il cognome perché l’antisemitismo già era nell’aria, e altrettanto prontamente si convertì al cattolicesimo: non voleva guai nella carriera universitaria.

Wolfgang fu quindi romanamente battezzato Wolfgang Ernst Friedrich e il secondo nome in onore di Ernst Mach, amico venerato dal padre. Mach visitava volentieri la casa dei Pauli e la sua impronta nel ragazzino è fuor di dubbio.

Bene il figlioletto Wolfgang (1900-1958), enfant prodige della fisica del Novecento, detto dagli anni quaranta in poi Das Gewissen der Physik, la coscienza della fisica, scrisse nel 1955 (aveva già avuto il Nobel nel ‘45 ed era un’autorità indiscussa) questo breve flash ricostruttivo della mentalità che girava negli anni Venti (anni venti anche per lui), quando si stava – lui con un piccolo numero di altri, non più di cinque o sei – veramente mettendo in piedi la nuova fisica (La Meccanica Quantistica, nulla meno di così):

«Dopo un breve periodo di confusione spirituale e umana, causato da una provvisorio limitarsi a quanto è limpidamente intuitivo (Anschaulichkeit), si raggiunse un accordo generale sulla possibilità di sostituire ad immagini concrete simboli matematici astratti, come per esempio la psi»

(Niente paura per la psi, è la lettera greca ψ con la quale viene universalmente indicata la funzione fondamentale con la quale la nuova meccanica descrive gli oggetti.)

Piatto, piatto. Guardate che non lo dico con alcuna connotazione negativa, voglio solo far capire che stava diventando ormai chiaro un fatto fondamentale, che ebbe certamente un ruolo progressivo:

quando si devono studiare fenomeni che appartengono a un dominio di realtà che non cade direttamente sotto i nostri sensi, in questo caso la fisica del molto piccolo, non c’è alcuna ragione perché ci si debba aspettare che la nostra intuizione, che ci siamo costruiti nei primissimi anni di vita facendo esperienze elementari e con oggetti ovviamente macroscopici, sia ancora applicabile. La struttura del nostro cervello non si forma giochettando con elusivi elettroni e ancor più elusivi quarks e bosoni, ma giochettando con liquidi macroscopici, corpi umani, cubetti di legno e con tutti i più vari oggetti che possono capitare in mano a un bambino, a seconda della cultura umana nella quale è allevato.

Il fatto interessante è che in una situazione di questo genere l’ancora di salvezza, o meglio, di certezza, cui aggrapparsi era la matematica, quella sì certa e inconfutabile, senza il fastidioso debito del confronto con l’esperienza, con l’intuizione, il continuo controllo, il comandamento supremo di ‘salvare i fenomeni’ che incombe alla fisica in ogni tempo e in ogni luogo.

Basta dunque costruire un edificio teorico che erediti la sua consistenza e la sua non-contradditorietà dalla matematica e tutto è a posto? Certo non è neanche semplicemente così: occorre che alla fine i risultati che bollono giù dalla teoria siano confrontabili con i dati sperimentali, ma non occorre più che tutti i passi intermedi siano in qualche modo interpretabili e intuitivamente ‘visibili’. Un nuovo paradigma. E Pauli, insieme a Bohr, Heisenberg e altri ne fu il vero paladino. Ma tra questi altri mancavano dei pezzi grossi, Einstein e Schrödinger, ad esempio. Ma di ciò, alla prossima.