Osservazioni quantistiche

Oggi sappiamo che il nucleo atomico occupa appena un milionesimo di miliardesimo del volume dell’atomo. Consegue che la materia è praticamente vuota. Ma se la eliminassimo del tutto dallo spazio, otterremmo un vero vuoto? La risposta dipende dall’epoca in cui ci poniamo la domanda e dalle nostre conoscenze che abbiamo sulla natura.

Per la fisica classica, per esempio per Maxwell, la risposta è affermativa. Per lui il vuoto e “ciò che rimane in un recipiente dopo aver tolto tutto quello che si poteva togliere”.

 Come si fa a togliere da un recipiente qualcosa di cui ignoriamo perfino l’esistenza? Come si poteva eliminare la radiazione termica quando non era nota? Alcune particelle, come i neutrini, non possono essere tolte dal recipiente pur essendo a conoscenza della loro esistenza. Quindi non possiamo eliminare tutte le particelle  note e, tantomeno, le eventuali particelle esistenti ma non ancora scoperte.

 Come possiamo togliere le particelle responsabili della gravità, qualunque esse siano, come i presunti gravitoni della gravità quantistica o i gravitini della mia teoria, dal momento che, almeno sulla Terra, non siamo in grado di schermare la gravità? Dobbiamo concludere che, non possiamo ottenere il vero vuoto, sia teoricamente (non sapendo quali altre particelle potrebbero ancora esistere ma che non conosciamo) sia praticamente come nel caso di radiazioni, onde gravitazionali, neutrini, gravitini.

 Ma, supposto di essere in grado di togliere tutte queste particelle, otterremmo il vuoto definito dalla fisica classica. Il vuoto, secondo la fisica classica, teoricamente esiste, anche se non si può ottenere. Per la meccanica quantistica (MQ), invece, il vuoto assoluto non esiste, non si può creare, neppure nell’ipotesi che potessimo liberare un certo spazio da tutte queste particelle.

 Questa impossibilità viene attribuita al principio di indeterminazione (PI) quantistica. Per la MQ, in base alla interpretazione di Copenaghen, l’indeterminazione non deriva della nostra incapacità di effettuare misure e calcoli perfetti o dalla mancanza di strumenti di misurazione abbastanza sofisticati. Sarebbe una proprietà fondamentale della natura.

In base alle MQ, gli elettroni non cadono nel nucleo perché, se lo facessero, conosceremmo esattamente la loro posizione (il centro dell’atomo) e la loro velocità (nulla) e ciò violerebbe il PI. Un altro principio, a sostegno di questa impossibilità, è quello di esclusione di Pauli, che garantisce la solidità e l’impenetrabilità degli oggetti materiali. Due elettroni con proprietà identiche non possono trovarsi nello stesso punto e, quindi, neppure nel centro del nucleo atomico.

Dal punto di vista pratico, il PI deriva dal fatto che la luce, nonostante sia il mezzo ideale per descrivere e osservare un elettrone, perturba la particella che osserviamo facendo in modo di non poter conoscere con esattezza, contemporaneamente, la sua posizione e la sua velocità.

 Ma il PI va oltre l’aspetto pratico. Un elettrone, all’interno di un atomo, avrebbe il dono dell’ubiquità. Come tutte le particelle, in base alla MQ, l’elettrone può essere, secondo le circostanze, sia un’onda sia un corpuscolo. Se non lo osserviamo si comporterebbe come un’onda, se lo osserviamo, con qualche particolare strumento, si comporta come un corpuscolo. La forma dell’onda indica la probabilità dell’elettrone di trovarsi in questo o quel punto. Esistono solo probabilità, il determinismo è bandito nel mondo delle particelle subatomiche.

 L’indeterminazione quantistica ha quindi modificato il nostro concetto di vuoto. Inoltre, il PI ci vieta di conoscere con precisione, allo stesso tempo, l’energia di una particella e il suo tempo di vita media. Più la sua vita è breve, più la sua energia è incerta e, viceversa, più la sua vita è lunga, più la sua energia può essere misurata con precisione.

 L’indeterminazione nel mondo subatomico permetterebbe di violare, per qualche istante, il principio di conservazione dell’energia e, in tal modo, in base alla MQ, popolerebbe il vuoto di innumerevoli particelle virtuali. Ma, in base al PI, i prestiti di energia vanno rimborsati immediatamente e, più l’energia prestata è grande, più il debito va saldato in fretta.

È vero che la coppia di particelle virtuali annichilendosi restituisce l’energia alla natura e, quindi, mediamente l’energia del vuoto rimane costante, si conserva, ma  lo spazio vuoto, escludendo le particelle virtuali che si creano e scompaiono, perché dovrebbe contenere energia? Da dove la preleverebbe? Come potrebbe “prestare” una certa quantità di energia ad una coppia di particelle ancora inesistenti? Con quale criterio si genera una coppia per esempio elettrone-positrone e non un’altra di natura diversa? Perché in quel punto e non  in un altro?

 Le particelle virtuali possono materializzarsi, cioè diventare reali, solo se a loro viene fornita energia dall’esterno. Se una particella reale abbastanza energetica urta una delle due particelle virtuali, queste si allontanano una dall’altra prima che abbiano il tempo di annichilarsi. In questi casi al vuoto non viene restituita l’energia prestata. La densità delle particelle virtuali, in base ai calcoli, è strabiliante: in un dato istante, un volume di 1 cm³ può, contenere fino a 10^30 coppie di elettroni e positroni. La realtà di tali particelle è stata provata più volte in modi diversi; non esistono dubbi sulla loro esistenza e sui loro effetti reali, ma l’energia del vuoto da cosa deriva? Perché il vuoto fluttua, “bolle”? Quali prove abbiamo? Il fatto di non sapere dare una risposta a queste domande non ci deve autorizzare a credere che tutto sia spiegabile col PI.

 Ritornando al vuoto, i fisici chiamano “energia di punto zero” questa energia minima del vuoto che esisterebbe a causa del PI e che non è possibile eliminare da una certa regione di spazio.

 Però, anche senza invocare il PI, abbiamo visto che non è possibile eliminare, da un dato volume di spazio, fotoni, neutrini, gravitini.

 In base alla mia teoria della gravità, l’energia di punto zero non è altro che l’energia oscura, il fluido cosmico che permea l’intero universo e che, con la sua espansione, è causa della recessione accelerata delle grosse strutture cosmiche. Essa è costituita di particelle che chiamai gravitini nel 1972. I gravitini sono particelle di pura energia, privi di massa, che si muovono a velocità c in tutte le direzioni. I gravitini hanno energia quantizzata, quelli aventi uguale energia si chiamano equivalenti. I gravitini equivalenti con energia minima si chiamano elementari.

 L’energia di ogni gravitino è E = nE0 dove E0 è l’energia di un gravitino elementare e n un opportuno intero positivo. La collisione tra due gravitini equivalenti causa la loro scomparsa e la creazione di una coppia di particelle virtuali la cui natura dipende dall’energia E dei due gravitini equivalenti che interagiscono. I gravitini elementari, collidendo, generano fotoni virtuali; due opportuni gravitini equivalenti ge generano una coppia elettrone-positrone. Analogamente due gravitini equivalenti, con energia gm, generano un muone e un antimuone; due gravitini con energia gt generano i tauoni. Ci sono gravitini equivalenti che creano i neutrini e gravitini più energetici che creano altre particelle più massicce. Se una particella della coppia è urtata da un gravitino o da una particella reale molto energetici, le due particelle virtuali diventano reali. La collisione di un gravitino con un elettrone di un atomo, per esempio, eccita l’atomo facendo saltare l’elettrone su un altro orbitale. Ogni particella reale del mondo subatomico è sballottata dai gravitini in modo casuale, come nel moto browniano, e perciò in MQ posizione, velocità, traiettoria, energia, momento,… sono grandezze indeterminate.
Un elettrone, che con la sua velocità non è in grado di superare una certa barriera di potenziale, può riuscirci se riceve un opportuno urto da un gravitino piuttosto energetico. È questo l’effetto tunnel.

 A causa della presenza dei gravitini, lo stato di una particella varia in modo discontinuo, casuale, imprevedibile. Perciò il mondo subatomico è probabilistico.

 I gravitini sarebbero le auspicate variabili nascoste di Einstein. Le disuguaglianze di Bell non vengono intaccate. I fenomeni quantistici non possono essere previsti e quindi la probabilità non può essere eliminata a causa delle collisioni casuali e imprevedibili dei gravitini tra loro e con particelle ordinarie.

  Il fluido cosmico è alla base del PI. Il comportamento quantistico delle particelle subatomiche non è indeterminato per principio,  come sostiene l’interpretazione di Copenaghen, ma a causa delle loro collisioni con i gravitini e con altre particelle.

 I gravitini, essendo solo parzialmente assorbiti dalla materia, riescono a spiegare in modo naturale perché e come si genera la gravità, la quale non presenta singolarità ed è quantizzata. Il quanto dell’energia gravitazionale è l’energia del gravitino elementare.

 Nella teoria dei gravitini il campo gravitazionale generato da una particella subatomica e il suo peso, in prossimità di un astro, sono indeterminati, come richiede la MQ.

Non contesto le equazioni della MQ, che funzionano molto bene, ma le varie interpretazioni che si sono date di essa. Una particella non si trova qua e là, con opportune probabilità, e non c’è nessun collasso della funzione d’onda. Non sappiamo dove si trova un elettrone in un dato istante perché viene sballottato dai gravitini continuamente in tutte le direzioni e con impulsi casuali, ma in ogni istante occupa una posizione ben precisa, anche se non si può conoscere, e, all’atto dell’interazione col mondo macroscopico, osserviamo la posizione, o la velocità, che l’elettrone  ha effettivamente in quell’istante. Il passaggio dal comportamento quantistico, e quindi casuale e probabilistico, a quello deterministico di un corpuscolo, avviene gradualmente col crescere della massa-energia dello stesso corpuscolo. Una particella segue tanto meglio le leggi della MQ quanto più facilmente la sua quantità di moto è modificata dalle collisioni con i gravitini e, quindi, quanto minore e il suo contenuto energetico. Su un astro, un ipotetico pendolo, costituito da un corpuscolo subatomico, non è mai in equilibrio, neppure quando occupa la posizione più bassa. Esso fluttua attorno alla presunta posizione di equilibrio per il semplice fatto che gli urti con i gravitini non sono regolari, ma casuali e frequenti.
Nulla accade per caso, spontaneamente, senza una causa esterna, neppure nel mondo submicroscopico.