SONO COSTANTI LE COSTANTI?

Bello e stimolante il libro di Jean-Philippe Uzan e Benédicte Leclercq, L’importanza di essere costante, Dedalo, 2008, un vero e proprio sguardo globale alla fisica contemporanea da un punto di vista critico. Il libro prende le mosse da una presunta misurazione (Webb) del 1999 secondo la quale 12 miliardi di anni fa , cioè la costante di struttura fine che dipende dalla velocità della luce c, dalla carica dell’elettrone e e dalla costante di Planck h, avrebbe avuto un valore di un centomillesimo meno di adesso (è circa 1/137). Questo sarebbe uno sconvolgimento per la fisica, perché vorrebbe dire che le costanti non sono costanti.
S. Weinberg, “Overwiew of theoretical prospects for understanding the values of fundamental constants”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 310, 1983, p. 249, propone come definizione delle costanti universali la seguente: quei parametri che compaiono nelle leggi fisiche e non possono essere calcolati a partire da altre costanti e dalle leggi della fisica nemmeno in linea di principio. In questo modo c sarà una costante universale, ma non il peso specifico del piombo, cioè 13. Lo stesso articolo di Weinberg si segnala per l’espressione di un atteggiamento mutato rispetto alle costanti. Egli le considera delle vere e proprie sfide per la fisica, cioè le costanti vanno spiegate. Con ben meno autorevolezza in “Il limite fra complemetarità e dialettica: la filosofia della fisica di Bohr”, Annali di discipline filosofiche dell’Università di Bologna, 4, 1982/83, pp. 182, affermavo “Le costanti in fisica sono i punti in cui si annida l’impossibilità da parte della legge di descrivere la realtà in tutti i suoi particolari. Una teoria fisica «perfetta» dovrebbe essere costituita esclusivamente da leggi del tipo: f(p,q,r…)=0, dove p,q,r,…sono variabili fisiche. In pratica le leggi sono invece del tipo: f(p,q,r…a,b,c…)=0, dove a,b,c…. sono costanti più o meno universali.” La ragione per cui le costanti sono delle forme di ignoranza è che esse affermano che il mondo è così come è e basta, cioè sono dei fatti bruti. Certamente è sempre possibile che ci siano dei fatti dei quali non vi è alcuna spiegazione.
Le costanti in fisica possono sparire, come g di Galileo, che viene interpretata nei termini di G di Newton, possono diventare più universali, come la carica dell’elettrone, che si è rivelata la carica elettrica minima.
Oggi le costanti veramente universali sono 3: la velocità della luce, la costante di Planck e la costante di gravitazione universale. Quest’ultima, nel passaggio dalla meccanica di Newton alla relatività generale di Einstein, pur restando costante universale, subisce una metamorfosi: prima essa era la costante di accoppiamento della forza fra due masse, dopo diventa la maniera in cui lo spaziotempo si curva in presenza di materia.
Da un punto di vista strettamente teorico, per descrivere l’attuale teoria fisica sarebbero sufficienti le unità di misura di spazio (metro), tempo (secondo), massa (kilogrammo) e intensità di corrente elettrica ampére). Di fatto, però, per ragioni pratiche, è meglio usare anche l’intensità luminosa (candela), la temperatura (kelvin) e la quantità di materia (mole). In realtà anche l’ampére si potrebbe calcolare, ma non si può scendere sotto tre dimensioni.
In un certo senso ancor più importanti delle costanti h,c,G sono i parametri dimensionali, come ad esempio .
L’atomo di Cesio ha una struttura elettronica simile a quella dell’idrogeno, con un solo elettrone nel livello più esterno. Fonde a bassa temperatura, per cui può essere facilmente vaporizzato, e la sua frequenza iperfine, cioè la differenza fra la concordanza dello spin dell’elettrone esterno e quello del nucleo e la discordanza è molto alta. Inoltre è un elemento puro, cioè senza isotopi. Tutte queste caratteristiche fanno sì che tale frequenza che sia stata scelta, su proposta del fisico Issac Rabi, come unità di misura internazionale di tempo.
Questa frequenza dipende da  e quindi facendo sue misurazioni si può controllare la costanza della costante di struttura fine. Ecco perché il volume ne parla. Ancora più interessante il caso della miniera di uranio di Oklo, dove a un certo momento si è scoperto che la percentuale di Uranio 235 era meno dello 0,7% rispetto all’altro isotopo, cioè il 238. Al momento della formazione della Terra, 4,5 miliardi di anni fa, il 235 era molto più abbondante, sufficiente a innescare una reazione nucleare, ma in questi miliardi di anni, a causa della sua minore velocità di decadimento, l’uranio terrestre si è impoverito. E’ stato dimostrato che nella miniera di Oklo circa 2 miliardi di anni fa si sono costituiti dei veri e propri reattori nucleari naturali, con l’acqua per rallentare le particelle. Da questa ipotesi si è potuta calcolare  a quel tempo ed è risultata uguale ad adesso.
In realtà anche la misura di Webb di  non era corretta. Si è dimostrato che la variazione dipendeva solo dal fatto che la distribuzione dei metalli nelle lontane regioni dell’Universo dove si era misurata  era diversa da quella ipotizzata.
Risolto il problema di  nella parte finale del libro si discute in modo chiaro e semplice degli ultimi sviluppi della fisica delle particelle e della cosmologia.

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