Fede e Scienze - Tesina

Il dialogo tra fede e ragione

Bertocchi Veronica

Esame di stato 2012-2013

Liceo Scientifico N. Copernico

Classe 5 F

1. Indice

• Introduzione pag. 3-5
• 1 - Il progresso della scienza
• 1.1 La storia dell’atomo pag. 6-12
• 1.2 Teorie sull’universo e la sua nascita pag. 12-15
• 2 - I nuovi orizzonti della scienza
• 2.1 Gli acceleratori di particelle e il CERN pag. 16-20
• 2.2 L’importanza della scoperta della “Particella di Dio” pag. 20-22
• 3 - L’incessante dibattito tra fede e scienza
• 3.1 Sant’Agostino: “Crede ut intelligas, intellige ut credas” pag. 23-24
• 3.2 Scolastica e San Tommaso pag. 24-27
• 3.3 Galileo Galilei pag. 27-28
• 3.4 Positivismo pag. 28-29
• 3.5 Lo spiritualismo e Bergson pag. 29-30
• 4 - The Victorian
• 4.1 Charles Darwin, Herbert Spencer pag. 31-32
• Conclusioni pag. 33

2. Introduzione

Perché l’universo si dà la pena di esistere? “L’uomo è un’inutile passione”; Sartre affermò che e proprio questo può rappresentare una prova indiretta del finalismo dell’universo. Non possiamo negare che la vita sia un fenomeno alquanto improbabile, dal momento in cui le moderne conoscenze ci parlano di infiniti universi e sostengono che probabilmente soltanto il nostro offre condizioni per la nascita di forme di vita, e soprattutto intelligenti.

Attraverso un percorso scientifico e filosofico cercherò pertanto di dimostrare che proprio quando il varco tra la domanda “come ha avuto origine tutto?” e la sua risposta sembra valicabile grazie alla scienza (pensiamo alle più moderne teorie di fisica particellare, alla scoperta stessa del Bosone di Higgs e astrofisica), la scienza stessa pone le basi per un completamento da parte della teologia, in quanto la prima non è in grado di negare l’esistenza di un “principio generatore” o più elegantemente di un Apeiron, e sembra possibile recuperare il valore dell’antropocentrismo.

In sostanza nelle pagine seguenti verrà approfondita la questione della diatriba secolare fra razionalismo e teologia (in senso lato) che sembra poter accedere ad un punto di raccordo.

A questo proposito uno dei massimi fisici teorici del XX secolo, Stephen Hawking, in un celebre trattato sulla “storia del tempo, scrive: quand’anche ci fosse una sola teoria unificata possibile, essa sarebbe solo un insieme di regole e di equazioni. Che cos’è che infonde vita nelle equazioni e che costruisce un universo che possa essere descritto da esse? L’approccio consueto della scienza, consistente nel costruire un modello matematico, non può rispondere alle domande del perché dovrebbe esserci un universo reale descrivibile da quel modello. Perché l’universo si dà la pena di esistere?”.

È capitato probabilmente ad ognuno di noi di volgere gli occhi al cielo stellato, nell’oscurità della notte, e avvertire un senso di ineffabilità e meraviglia, che ci lascia interdetti, in reverenziale contemplazione.

È una sensazione intangibile, che accomuna inspiegabilmente l’interiorità dell’uomo.

E l’uomo, in quanto tale, aspira così all’assoluto, indagando sul reale, cercando di comprendere i significati profondi delle cose, spinto dalla volontà di cogliere l’origine del tutto, il “principio”. L’essere umano è l’interprete della realtà per eccellenza. Questa condizione è unica e privilegiata in quanto presuppone il possesso di un’intelligenza.

Il mio lavoro vuole dunque essere un tentativo di celebrare lo slancio dell’uomo verso la conoscenza, ripercorrendo i momenti centrali della scoperta di ciò che sta alla base di tutto ciò che lo circonda (l’atomo) e le varie fasi che hanno portato alla formulazione della teoria del big bang attraverso cui si spiega la nascita dell’universo, e sottolineando come questa ricerca costante della verità continui a produrre i suoi frutti nelle scoperte scientifiche ancora oggi.

S. Hawking, A Brief History of Time, 1988.

Ma poiché ritengo che l’uomo sia un’eccezionalità non giustificabile da modelli matematici, tenterò di approfondire il pensiero di grandi filosofi riguardo alla scienza, e più in generale alla ragione, e alla sua compatibilità con la fede in un “assoluto” non dimostrabile.

1. Il progresso della scienza

“Dalla meraviglia nasce la curiosità ed è essa a costituire la molla per cui l’uomo è spinto ad imparare, sentendolo non solo come un piacere ma anche come un dovere verso se stesso. È da questa motivazione intrinseca che germina più proficuamente il processo che porta alla conoscenza”.

1.1 La storia dell’atomo

Prima di presentare le teorie circa la formazione dell’universo, cercherò di analizzare la materia di cui esso è composto, poiché per comprendere l’infinitamente grande è necessario approfondire l’infinitamente piccolo.

L’atomo (dal greco àtomos, indivisibile, unione di a- [alfa privativo] + tómos [pezzo, frammento]) è una struttura nella quale è normalmente organizzata la materia.

In realtà l’atomo è costituito da particelle semplici: le particelle subatomiche.

Fisicamente, dunque, l’atomo è tutt’altro che indivisibile ma la sua suddivisione in particelle più piccole comporta la perdita delle caratteristiche proprie dell’elemento di cui fa parte. Pertanto l’atomo può essere considerato come la più piccola entità di un elemento che ne conserva le caratteristiche e che non può essere ulteriormente suddiviso con mezzi chimici. Oggi le particelle atomiche e subatomiche (dette particelle elementari) conosciute sono state suddivise in diverse classi, in base alle proprietà che le caratterizzano. La teoria che riunisce le attuali conoscenze sulle particelle elementari e sulle forze con cui queste interagiscono è il Modello Standard.

Aristotele, Metafisica.

Proporrei ora di ripercorrere le varie tappe che hanno portato a tale modello. Un tragitto tortuoso, ma affascinante.

Innanzitutto qual è il filo rosso che sottende tutta la storia della fisica delle particelle?

È il tentativo di ridurre la straordinaria complessità delle fenomenologie fisiche che si manifestano attorno a noi a poche leggi fondamentali capaci di spiegare tutto.

Avevano incominciato proprio i filosofi greci della scuola ionica di Mileto, nel VI sec. a.C., ripresi poi da Aristotele, a proporre che ogni sostanza potesse essere spiegata dalla combinazione di pochi elementi fondamentali. Per Aristotele erano quattro: la terra, l’acqua, l’aria, il fuoco.

Sopravvissuta per due millenni, l’incerta dinamica aristotelica verrà spazzata via da Galileo e da Newton nel XVII secolo, ma potremmo individuare nel chimico francese Antoine Lavoisier (1743-1794) colui che, per essere riuscito per primo a scomporre l’acqua in idrogeno e ossigeno, ne rivela la soggiacente struttura e liquida l’idea che l’acqua sia una sostanza elementare.

Dopo Lavoisier, viene l’inglese Jhon Dalton (1766-1844) a suggerire che l’intuizione atomica democritea ha un fondamento reale: le sostanze in natura sono davvero composte da atomi, particelle genuinamente elementari, che si distinguono fra loro essenzialmente per la massa (così si pensa all’inizio). E, mentre la teoria atomica va via via consolidandosi nel corso del XIX secolo, è infine il russo Dmitrij I. Mendeleev (1834-1907) a scoprire una modalità di classificazione degli atomi semplice e feconda al tempo stesso: Mendeleev li incasella in una tabella che non solo mette ordine nell’intricata matassa degli elementi che si vanno scoprendo ormai a getto continuo, ma soprattutto rende conto delle affinità e delle differenze del loro comportamento chimico.

Da notare che, per il modo ingegnoso in cui è strutturata, la tavola periodica degli elementi di Mendeleev mostra di avere una sorta di potere predittivo.

La tappa successiva si svolge a Parigi, dove una giovane ricercatrice d’origine polacca, Maria Sklodowska (1864-1934) si applica allo studio della radioattività, uno strano fenomeno scoperto qualche anno prima dal francese Antoine H. Becquerel: certi sali d’uranio hanno la proprietà di impressionare le lastre fotografiche anche nel buio più totale, come se emettessero radiazioni che producono gli stessi effetti della luce, ma che evidentemente sono ben più penetranti di questa, poiché riescono ad attraversare senza troppa difficoltà anche le sottili lamine di metallo che gli sperimentatori interpongono tra il campione radioattivo e la lastra.

La Sklodowska, affiancata dal marito, Pierre Currie, scopre ben presto che non sono i sali di uranio la fonte della radioattività naturale, ma è l’uranio stesso; e che anche altri elementi, come il torio, il radio, il polonio si comportano in modo analogo. Maria Curie dimostra che la fonte sono gli atomi stessi e ciò, come vedremo, si rivelerà di fondamentale importanza.

Siamo nel 1898 e la faccenda si fa ancora più intrigante l’anno dopo, quando il fisico neozelandese Ernest Rutherford scopre che la radiazione emessa dall’uranio e dagli altri elementi radioattivi è di natura corpuscolare. Si tratta di due radiazioni distinte, dotate di carica elettrica opposta: i positivi (che in seguito si comprenderà essere costituiti da nuclei di elio, ancora oggi chiamati particelle alfa) e i raggi beta, negativi, di piccola massa (che verranno poi detti elettroni).

Qualche mese dopo, Paul Villard (1869-1934) rivelerà un terzo tipo di radiazione, questa volta non corpuscolare ed elettricamente neutra, che chiamerà raggi gamma. Il nome è rimasto e oggi sappiamo che si tratta di radiazione elettromagnetica, con fotoni d’altissima energia.

La scoperta della radioattività dà uno scossone al paradigma atomico daltoniano. Il fatto che certi atomi emettano particelle materiali sta a indicare che non possono più essere riguardati come oggetti puntiformi, senza struttura interna, realmente elementari. Oltretutto, Rutherford si accorge ben presto che l’attività dei campioni radioattivi tende a calare nel tempo e formula l’ipotesi rivoluzionaria che gli elementi radioattivi cambino la loro natura chimica.

L’attività si riduce quando il prodotto finale delle trasformazioni è un elemento stabile, non radioattivo.

Ormai è tempo di stanare i costituenti dell’atomo, scendendo di un ulteriore scalino verso la vera elementarità. Ora la scena si sposta a Cambridge, al Cavendish Laboratory, e i protagonisti sono Joseph J. Thomson (1856-1940) e il già citato Rutherford.

Thomson viene considerato lo scopritore dell’elettrone. Studiando le emissioni corpuscolari dei raggi catodici, egli giunge alla conclusione che le particelle emesse in quei tubi sono della stessa natura dei raggi beta degli elementi radioattivi: hanno una carica esattamente uguale a quella dell’idrogeno ionizzato, ma negativa, e una massa migliaia di volte minore. George Stoney li chiama elettroni.

Gli elettroni sono particelle leggere, dice Thomson, portano una carica negativa e stanno dentro l’atomo, che però è neutro nel suo complesso. Quindi, devono essere controbilanciati da cariche positive. Egli immagina che l’atomo sia una sferetta fatta di una sostanza uniformemente carica in senso positivo, che accoglie forse sulla superficie, forse nell’interno, gli elettroni, distribuiti regolarmente: il modello di Thomson.

Esperimento di Thomson

Rutherford si ritrova a contrastare il modello del suo vecchio maestro quasi per caso; egli predispone un esperimento nel quale un fascio collimato di particelle alfa viene indirizzato contro una sottile lamina d’oro e raccolto su uno schermo retrostante sul quale è distribuita una sostanza che scintilla (ossia emette luce) quando viene colpita da una particella carica. Lo scopo dell’esperimento è di verificare in che modo le particelle alfa vengono diffuse dopo essersi scontrate con gli atomi d’oro.

Egli è interessato a verificare quanto gli atomi d’oro deviano le particelle alfa dalla loro traiettoria rettilinea. Se è vero il modello di Thomson, le deviazioni devono essere minime: dopotutto, le particelle attraversano un “panettone” fatto di un impasto sostanzialmente omogeneo. Se attraversano la sfera nelle parti centrali, hanno tanto impasto sulla destra quanto sulla sinistra, tanto sopra quanto sotto e quindi non subiscono deviazioni. Queste sono dunque le attese: tutte le particelle alfa verranno deviate (non ci sono varchi tra gli atomi), ma sempre e solo di un angolo molto piccolo.

Quando gli assistenti che avevano compiuto materialmente le misure per mesi e mesi, gli consegnano le conclusioni, lui si accorge che c’è una frazione importante di particelle che ha percorso il tragitto in linea retta, senza alcuna deviazione. E questo lo insospettisce, inoltre sono poche le particelle deviate all’indietro, ma ci sono.

Deviate (non ci sono varchi tra gli atomi), ma sempre e solo di un angolo molto piccolo.

Esperimento di Rutherford

Quando gli assistenti che avevano compiuto materialmente le misure per mesi e mesi, gli consegnano le conclusioni, lui si accorge che c’è una frazione importante di particelle che ha percorso il tragitto in linea retta, senza alcuna deviazione. E questo lo insospettisce, inoltre sono poche le particelle deviate all’indietro, ma ci sono. Rutherford ne deduce che l’atomo è per gran parte vuoto, il che spiegherebbe il gran numero di particelle che lo attraversano senza deviazioni apprezzabili; inoltre, al centro ci dev’essere una forte concentrazione di carica positiva, di modo che quando la particella alfa punta dritta al centro del bersaglio, è l’interazione con questa carica concentrata che determina le diffusioni all’indietro.

Infine, il numero percentualmente esiguo dei rimbalzi a 180° gli dice che la carica centrale è raccolta in un piccolo spazio.

Dopo anni di misure, finalmente, nel 1911, Rutherford presenta le sue conclusioni, corredate da stime quantitative che poi si riveleranno corrette, che propongono un nuovo modello di atomo. Al centro dell’atomo si trova il nucleo, di carica positiva, con un diametro dell’ordine di 10^-14 m, mentre gli elettroni gli ruotano attorno a distanze fino a diecimila volte maggiori. In mezzo c’è il vuoto. L’atomo è sostanzialmente una sfera vuota.

L’atomo è sostanzialmente una sfera vuota.

Qui però sorge il problema dell’incompatibilità del modello a sistema planetario con l’elettromagnetismo classico. La teoria elettromagnetica di Maxwell