Lee Smolin
L’universo senza stringhe
Fortuna di una teoria e turbamenti della scienza
(The Trouble with Physics. The Rise of String Theory, the Fall of Science, and what comes next, 2006)
Trad. di Simonetta Frediani
Einaudi, Torino 2007
Pagine XXIX-368

Il titolo originale di questo libro ha un altro tono, una diversa chiarezza, una maggiore efficacia. In italiano suonerebbe infatti: Il problema della fisica. L’ascesa della teoria delle stringhe, il declino della scienza e cosa verrà dopo. È questo infatti il tema del quale Lee Smolin si occupa con chiarezza e ricchezza documentaria, descrivendo gli sviluppi e la condizione della storia e della filosofia della fisica (e più in generale delle scienze della quantità) nel trentennio che va dal 1975 al 2006.
La String Theory, la teoria delle stringhe o delle corde – che sarebbe più corretto definire come una teoria degli elastici – è infatti un esempio davvero eclatante di ciò che Smolin non esita a definire la situazione tragica della fisica teorica contemporanea, una fisica che nella sua corrente dominante – appunto quella degli ‘stringhisti’ – ha fallito: 

La storia che narrerò si potrebbe interpretare come una tragedia. Per parlar chiaro – rivelando il finale – abbiamo fallito: abbiamo ereditato una scienza, la fisica, che aveva continuato a progredire a tale velocità così a lungo che spesso veniva presa a modello per altri generi di scienza. La nostra comprensione delle leggi della natura ha continuato a crescere rapidamente per oltre due secoli, ma oggi, nonostante tutti i nostri sforzi, di queste leggi non sappiamo con certezza più di quanto ne sapessimo nei lontani anni Settanta (X).

Dato il grande peso che le scienze, e in particolare la fisica, rivestono nella società contemporanea, si tratta di una tragedia che non è soltanto epistemologica, è anche una tragedia sociale. Ed è per questo che l’analisi di Smolin si muove di continuo tra gli aspetti più tecnico-matematici, quelli filosofico-epistemologici e appunto quelli di sociologia della conoscenza.
La teoria delle stringhe «avanza la proposta che tutte le particelle elementari abbiano origine dalle vibrazioni di un’unica entità – una stringa – che obbedisce a leggi semplici e meravigliose. Sostiene di essere la sola teoria che unifica tutte le particelle e tutte le forze in natura» (XV). La sua origine sta nei due grandi paradigmi della fisica del Novecento: la teoria della relatività e la teoria dei quanti. Teorie che a un secolo e più dal loro apparire rimangono per tante ragioni reciprocamente incompatibili. Molti sono stati in questo secolo e nel Novecento i tentativi di trovare/elaborare una teoria unificata nella quale la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte, quella debole e la forza di gravità siano aspetti diversi di un’unica struttura. Particolarmente ostica risulta l’unificazione alle altre della forza più debole, quella di gravità. La teoria delle stringhe promette di risolvere questo problema. All’apparire della teoria (fine anni Sessanta del Novecento) tale promessa venne ritenuta infondata, tanto da suscitare toni persino sarcastici verso chi la proponeva. Nel corso del tempo la situazione si è capovolta e chi non aderisce a tale teoria viene giudicato dagli altri fisici come un avversario della crescita della conoscenza.
Smolin sostiene che una teoria che abbia la pretesa di unificare la fisica debba risolvere cinque grandi (e gravi) problemi, che sintetizza in questa maniera:

Problema I: Combinare la relatività generale e la teoria quantistica in un’unica teoria che possa pretendere di essere la teoria completa della natura. Questo si chiama problema della gravità quantistica.

Problema II: Risolvere i problemi che riguardano i fondamenti della meccanica quantistica o comprendendo il senso della teoria nella sua formulazione attuale o inventando una nuova teoria che abbia senso.

Problema III: Determinare se le varie particelle e forze si possono o meno unificare in una teoria che le spieghi tutte come manifestazioni di un’unica entità fondamentale.

Problema IV: Spiegare come sono scelti in natura i valori dei parametri liberi del modello standard della fisica delle particelle.

Problema V: Spiegare la materia oscura e l’energia oscura. Oppure, se non esistono, determinare come e perché la gravità si modifica a grandi scale. Più in generale, spiegare perché i parametri del modello standard della cosmologia, compresa l’energia oscura, hanno i valori che hanno (7-17).

In che modo e sino a che punto la teoria delle stringhe è in grado di risolvere tali problemi? Smolin conosce assai bene questa teoria per averla sostenuta e aver lavorato a lungo alla sua elaborazione. La descrizione e la valutazione che ne offre è infatti argomentata, complessa e fondata. La sua tesi è che  la teoria delle stringhe non risolve nessuno di tali problemi e presenta invece delle gravi contraddizioni e degli aspetti esplicitamente irrazionali.
Si tratta infatti di un’ipotesi matematicamente non coerente – il che significa che alcuni dei suoi risultati si contraddicono – e che richiede alcuni valori/numeri infiniti, sino a pervenire sia a «un numero infinito di teorie» sia «a un numero infinito di universi possibili» (198). Il che vuol dire che una simile teoria non può essere né verificata né confutata (venendo meno già solo per questo al requisito della scientificità) e non può formulare nuove previsioni, avendo come teoria un numero di versioni enormemente e impensabilmente alto, «ben 10⁵⁰⁰ – che è un 1 seguito da 500 zeri, più degli atomi di tutto l’universo conosciuto» (XV).
La teoria delle stringhe si riferisce a un mondo che non è percepibile con nessuno strumento tecnicamente pensabile, un mondo costituito non da tre dimensioni – o da tre più il tempo come quarta – ma da venticinque dimensioni spaziali nelle quali si muovono i tachioni, particelle più veloci della luce, e altre particelle irriducibili allo stato di quiete. Nella sua versione ‘supersimmetrica’ la teoria delle stringhe può risultare coerente soltanto nel caso di un universo a nove dimensioni spaziali. 

Non basta. Uno degli elementi di maggiore debolezza della teoria consiste nel numero molto alto di parametri che in essa sono liberamente manipolabili, parametri che tendono ad aumentare sempre più di numero rendendo la teoria inconfutabile, dato che regolando i parametri si può giustificare qualsiasi risultato, anche e soprattutto negativo.
Si tratta di una teoria che esiste e opera in un mondo che non ha a che fare con la materia ma quasi soltanto con le equazioni matematiche e dunque con gli aspetti puramente formali della conoscenza umana. Aspetti che in tale teoria tendono a diventare il frutto di ardite speculazioni e sbrigliate fantasie, tanto da costituire potenzialmente un esempio di come non si deve fare scienza, di come non si deve «lasciare che una congettura teorica oltrepassi i limiti di ciò che è possibile sostenere in base ad argomenti razionali tanto da perdersi in fantasie» (XVIII-XIX).
Un accenno al lessico della teoria delle stringhe conferma che in essa ci si è allontanati di molto da qualunque ragionevole teoria e pratica del lavoro scientifico:

Non esistono solamente lo squark, lo sleptone e il fotino, ma anche lo sneutrino per il neutrino, l’Higgsino per il bosone di Higgs e il gravitino per il gravitone. A due a due, un’intera arca di Noè di particelle. Prima o poi, nel groviglio della rete di nuovi snomi e nomini, uno inizia a sentirsi uno sperfetto imbecille. O un perfetto imbecillino. O squalcosa del genere (75).

È dunque il suo fascino matematico l’unica colonna portante di tale edificio. Questo conferma, tra le altre cose,  la potente presenza del platonismo e del pitagorismo al cuore delle più complesse elaborazioni fisico-matematiche del presente. E tuttavia la matematica non è la fisica, «il fatto che una teoria unitaria sia fruttuosa dal punto di vista matematico non significa di per sé che sia corretta dal punto di vista fisico» (35).
Di fronte a una situazione come questa, o ridimensionano di molto le pretese euristiche di una teoria o quella teoria si trasforma facilmente in dogma. Ed è quello che è accaduto alla teoria delle stringhe, tanto che «a dispetto della mancanza di conferme sperimentali e di una formulazione precisa, alcuni dei suoi sostenitori manifestano una fiducia tanto incrollabile da sembrare legata alle emozioni più che alla razionalità» (XXI), generando una divaricazione e un conflitto tra quanti si possono definire credenti e quanti invece rimangono scettici.
I credenti sono talmente convinti da non «avere la minima difficoltà a credere che la teoria delle stringhe debba essere vera anche se riconoscono di non avere idea di che cosa sia in realtà» (269), spingendosi sino all’estremo di chiedere una riformulazione della stessa idea di scienza che accolga anche una teoria che non appare coerente con nessun criterio scientifico, alla fine neppure con quello puramente formale, data l’incoerenza matematica delle formulazioni: 

Una teoria non è riuscita a formulare previsioni che consentano di verificarla e alcuni dei suoi proponenti, invece di ammetterlo, cercano di ottenere l’autorizzazione a cambiare le regole in modo che la loro teoria non abbia bisogno di superare i test usuali che imponiamo alle idee scientifiche. Mi sembra razionale respingere tale richiesta e ribadire che non dovremmo cambiare le regole della scienza solo per salvare una teoria che non è riuscita a soddisfare le nostre aspettative originarie (171).

La sterilità della teoria diventa direttamente proporzionale al settarismo di molti (non tutti) dei suoi sostenitori. L’atteggiamento è infatti diventato messianico e lo spirito scientifico si è capovolto in Stimmung religiosa, la quale trasforma il consenso di molti in un principio di autorità.
Una teoria sbagliata come questa disegna una vera e propria «fisica postmoderna», formula non ironica, utilizzata dai suoi stessi sostenitori e non dai suoi avversari: «La sensazione era che potesse esistere soltanto una teoria coerente per unificare tutta la fisica e, dato che la teoria delle stringhe sembrava farlo, doveva essere corretta. Non si doveva più dipendere dagli esperimenti per verificare le teorie! Quella era roba da Galileo. Oramai bastava la matematica per esplorare le leggi della natura. Eravamo entrati nell’era della fisica postmoderna»  (117). 

Ma gli aspetti divertenti della questione rischiano di non farne intendere la gravità. La teoria delle stringhe è stata infatti uno dei possibili esiti della teoria dei quanti, della sua intrinseca debolezza, che consiste in molti aspetti, primo dei quali è la sua radicale distanza da qualunque realtà sensibile, percettibile, materica. Elemento addirittura rivendicato da alcuni dei suoi ideatori, dalla cosiddetta ‘interpretazione di Copenhagen’ della meccanica quantistica. L’assoluto idealismo di tale interpretazione condusse Albert Einstein a rifiutare con forza e costantemente la teoria dei quanti, pur essendo essa una conseguenza della stessa relatività, della sua riconduzione della natura della luce a un insieme di quanti discreti, i fotoni.
Einstein, come Erwin Schrödinger e Louis de Broglie, «giudicavano ripugnante questo approccio alla fisica» in quanto rimasero razionalmente legati a una concezione realistica del mondo, formula che ha un significato molto preciso: se la teoria quantistica, nonostante i suoi successi in molti campi, non è accettabile è perché non è completa; e non è completa «perché non offre un quadro della realtà in mancanza di una nostra interazione» (9).
Scienza vuol dire un approccio alla realtà così come essa sarebbe prescindendo dall’osservatore umano. In caso contrario si tratta di semplice psicologia, una psicologia antropocentrica. Invece e giustamente 

i fisici si aspettano che la scienza debba fornire una descrizione della realtà così come sarebbe in nostra assenza. La fisica dovrebbe essere qualcosa di più di un insieme di formule che prevedono quel che osserveremo in un esperimento: dovrebbe offrire un quadro di che cosa è la realtà. Siamo gli accidentali discendenti di un antico primate, comparso molto di recente nella storia del mondo. Non può essere che la realtà dipenda dalla nostra esistenza. […] I filosofi chiamano realismo questa concezione. La si può riassumere dicendo che il mondo reale la fuori deve esistere indipendentemente da noi. Ne segue che i termini in cui la scienza descrive la realtà non possono coinvolgere in modo essenziale quel che abbiamo deciso di misurare o di non misurare (8).

Il realismo filosofico è il fondamento di ogni sapere oggettivo e fecondo. E pertanto è il fondamento anche e specialmente del sapere scientifico. La ragione epistemologica più profonda della implausibilità scientifica della teoria delle stringhe e di molte formulazioni della teoria dei quanti sta dunque nel loro idealismo e antropocentrismo, nella fisica ‘postmoderna’ che tali prospettive delineano, vale a dire una fisica senza filosofia. Che è l’esatto contrario di quanto Einstein, ad esempio, praticava e auspicava. Quello di gran parte  della prassi scientifica contemporanea è infatti 

uno stile pragmatico e aggressivo [che] favorisce il virtuosismo nel calcolo più che la riflessione su problemi concettuali difficili. È profondamente diverso dal modo di fare scienza di Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e degli altri rivoluzionari dell’inizio del Novecento, il cui lavoro si basava su una profonda riflessione sugli interrogativi essenziali in merito allo spazio, al tempo e alla materia; ai loro occhi tale attività si inseriva in una tradizione filosofica più ampia, di cui avevano una profonda conoscenza (XXIV).

In una lettera a un giovane fisico a cui avevano impedito di aggiungere la filosofia ai suoi corsi di fisica, Einstein scrisse:

Sono pienamente d’accordo con lei in merito al significato e al valore educativo della metodologia come della storia e della filosofia della scienza. Oggi tante persone – anche scienziati professionisti – mi sembrano come qualcuno che abbia visto migliaia di alberi e non abbia mai visto una foresta. E proprio la conoscenza della storia e della filosofia della scienza a rendere indipendenti dai pregiudizi della propria generazione tanto diffusi tra gli scienziati. Questa indipendenza creata dall’intuizione filosofica è – a mio parere – ciò che distingue un semplice artigiano o specialista da un vero ricercatore della verità.
(Lettera non pubblicata di A. Einstein a R.A. Thorton, datata 7 dicembre 1944, EA 6-574, Archivio Albert Einstein, Università Ebraica di Gerusalemme. Citata in D. Howard, Albert Einstein as a philosopher of science, in « Physics Today», dicembre 2005] (309).

A mostrarsi ormai con chiarezza è pertanto una vera e propria crisi dei fondamenti della fisica. Nessuno è finora riuscito a spiegare il fatto che la radiazione cosmica di fondo mostra una direzione privilegiata, smentendo la simmetria dell’universo. «Su grandi scale, la radiazione non è simmetrica» (207) e questo può significare «che la materia oscura non esista e che la legge di Newton smetta di valere ogni volta che l’accelerazione diventa piccola come il valore particolare c²/R» (210).
Per spiegare tali fenomeni il fisico Mordehai Milgrom ha elaborato una MOdified Newtonian Dynamics (MOND), la quale però «appare in contraddizione con i principî fondamentali della fisica, compresi quelli della relatività speciale e della relatività generale» ed è «incompatibile con tutte le versioni della teoria delle stringhe studiate finora» (210-211 e 213). Si è ipotizzato che persino la velocità della luce possa essere stata in passato superiore alla costante attuale e che dunque in natura non esitano costanti: 

Se non altro, i nostri esperimenti dovrebbero senz’altro verificare i principi fondamentali della fisica. È radicata la tendenza a credere che tali principî, una volta scoperti, siano eterni, eppure la storia insegna altrimenti. Quasi ogni principio, passato un certo tempo dalla sua proclamazione, è stato soppiantato da altri principî (216-217). 

The Trouble with Physics è dunque un testo di fisica e di epistemologia. Ed è anche un testo di sociologia della scienza. Il potere accademico ed editoriale esercitato dai sostenitori della teoria delle stringhe, diventando atteggiamento intollerante verso altri programmi di ricerca, ha infatti come conseguenza la chiusura e l’espulsione dal mondo della ricerca degli studiosi più giovani che intendono lavorare a questioni e a prospettive diverse da tale teoria e anche l’ostracismo – che arriva sino al sarcasmo – nei confronti dei migliori scienziati, alcuni dei quali premi Nobel per la fisica, che non credono alla verità dell’ipotesi delle stringhe. Ostracismo che si traduce nell’interruzione dei finanziamenti al loro lavoro.
Da p. 323 in avanti Smolin presenta un elenco impressionante di fisici di primo piano che sono scettici o che esplicitamente negano la plausibilità e la razionalità della teoria delle stringhe e della teoria dei quanti e per questo vengono ostacolati in tutti i modi nella loro attività di ricerca e persino derisi. 

Una situazione così tragica conferma la necessità del pluralismo metodologico auspicato da epistemologi come Thomas Kuhn e Paul Feyerabend. Utilizzando il linguaggio del primo, Smolin sostiene che «in realtà, questo è proprio un periodo rivoluzionario, però noi stiamo cercando di uscirne usando gli strumenti e l’organizzazione della scienza normale, che non sono adeguati» (310). Di Feyerabend l’autore conosce i testi, compreso Contro il metodo la cui lettura – racconta – lo convinse a continuare a praticare la fisica quando sembrava che fosse impossibile occuparsi di tematiche diverse da quelle dominanti.
Chi segue i programmi di ricerca dominanti anche se di fatto infondati, come appunto la teoria delle stringhe, riceve cattedre e finanziamenti. Chi intende esplorare campi e prospettive ‘eretiche’ non ottiene né le une né gli altri. Invece di aprirsi, la fisica contemporanea tende a chiudersi e dunque a morire: «Le vicende della teoria delle stringhe negli ultimi anni sono una storia che Lakatos e Feyerabend avrebbero compreso bene, poiché è la storia di un folto gruppo di esperti che fa il possibile per salvare una teoria molto amata a dispetto di dati che sembrano contraddirla» (156).
Una situazione che appare inquietantemente vicina a quella di una religione monoteistica, di una setta che tende a escludere gli infedeli dal paradiso della conoscenza.

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