Vikkor Vittorio Catani

Altro che atomi e quark: la materia dell’universo è un insieme di “corde” che vibrano…                    

Sappiamo della recente entrata in funzione - peraltro con alcuni contrattempi tecnici - dell’LHC (Large Hadron Collider) del CERN di Ginevra. L’LHC è il più potente acceleratore di particelle finora costruito, un tunnel ovale lungo 27 km, dotato di tecnologie sofisticatissime. Uno degli importanti esperimenti demandati all’acceleratore concerne una diramazione della Fisica che ai non addetti può apparire esoterica: la “teoria delle stringhe”. Ma i risultati potrebbero rivoluzionare tutto quanto diamo per certo circa la materia, l’universo, la realtà, noi stessi. 

La teoria non è comunque una novità, giacché esiste da circa 40 anni, ma essa rimane ancora nel limbo delle supposizioni: la sua dimostrazione richiede strumenti evolutissimi. Di cosa tratta, e perché “stringhe”? Più volte nel corso dei secoli, se non dei millenni, l’universo e la sua struttura intima sono stati associati alla musica. I pitagorici parlavano di “musica delle sfere”; mistici e religiosi d’ogni cultura hanno invocato “l’armonia della natura”; studiosi e scienziati sono riusciti - negli ultimi anni - a trasformare in sonorità le vibrazioni dei moti planetari lungo le loro orbite, o le onde che si propagano dal plasma formato da particelle di gas estremamente rarefatti presenti nello spazio. E’ stata addirittura “ricostruita” in laboratorio una presunta eco (il “rumore”) del Big Bang, la grande esplosione che avrebbe dato inizio al nostro universo. Nulla di strano, e anzi niente di più “naturale”, se un’avanguardia di fisici sostiene che la materia sia costituita non dai classici atomi e quark ma da “corde” simili a elastici vibranti, impensabilmente minuscoli: usando un paragone del fisico Brian Greene, se un atomo fosse ingrandito quanto l’intero universo una “corda” al confronto sarebbe più o meno lunga quanto un albero. Insomma siamo a livelli di estrapolazione da far vacillare la mente. Eppure sarebbe proprio la grande diversità nelle vibrazioni di questi oggetti filiformi infinitesimi, celati nelle viscere dello spaziotempo, a determinare la varietà o l’essenza ultima della materia e delle forze che ne derivano. Il termine “stringhe” traduce l’inglese strings, cioè appunto “corde”, e sappiamo che in inglese è questo anche il nome dei violini, nell’orchestra classica…                               

Un passo indietro: dai primi del ‘900 a oggi si sono succedute acquisizioni della fisica e della cosmologia che hanno travolto millenarie convinzioni. La teoria delle relatività, che si applica al macrocosmo, ci ha rivelato che tempo e spazio non sono entità statiche, una sorta di palcoscenico immobile sui cui si svolge lo spettacolo dell’universo. Einstein e altri ricercatori hanno scoperto che spazio e tempo sono “attori” tutt’altro che inerti. Lo spazio, per esempio, può essere letteralmente “curvato” dalle forze gravitazionali. La luce ha proprietà che contrastano con il senso comune: essa viaggia a circa 300 mila km. al secondo, ma questa velocità non può essere superata: se un’astronave che vola a 200 mila km al secondo accende i fanali, la luce andrà a 500 mila? Nossignori. Se siete su un treno che fila a 100 km/ora e camminate nel corridoio nel senso di marcia, la vostra personale velocità sarà la somma dei 100 orari più quella del vostro camminare. Ma nel caso dei fari sull’astronave si scopre che la velocità complessiva della luce resta sempre 300 mila al secondo. Non solo: più aumenta la velocità dell’astronave, più “rallenta” il tempo degli astronauti, relativamente al tempo di chi è rimasto sulla Terra; essi al loro rientro, risulteranno (rispetto ai terrestri) tanto più giovani quanto più velocemente avranno viaggiato. Anche il tempo dunque non è “immobile” sul nostro ideale palcoscenico. Ma questi fenomeni relativistici si manifestano visibilmente solo su grande scala (e hanno ricevuto definitive conferme): su scala quotidiana, gli effetti sono così modesti da risultare non misurabili. 

Poco dopo la relatività einsteiniana un’altra rivoluzione, forse ancora più “assurda”, bussò alla porta: la “meccanica quantistica”, cioè la scoperta di astruse leggi riguardanti la fisica delle particelle (o “quanti”). Nel microcosmo delle particelle vigono leggi anche più controintuitive di quelle connesse al macrocosmo: oggetti piccolissimi appaiono e scompaiono, vigono forze occulte, la materia sembra crearsi dal nulla, il tempo oscilla avanti e indietro, c’è incertezza nelle misurazioni e altro. Einstein non vide mai di buon occhio la meccanica quantistica; scopriva in essa contraddizioni insanabili rispetto alla teoria relativistica, macrocosmo e microcosmo sembravano (e sembrano) in conflitto. Errori? Ma intanto anche la teoria quantistica ha ricevuto e riceve inequivocabili conferme teoriche e pratiche. Sarebbe mai stato possibile individuare il punto sfuggente capace di legare fenomeni così divergenti in un’unica formulazione scientifica, saremmo mai giunti a una “Teoria del Tutto”, o TOE (Theory Of Everything)? Einstein dedicò il resto della vita a questo scopo, senza approdare a nulla. Quando morì, il 18 aprile 1955, sul comodino aveva i suoi appunti rimasti incompiuti. Ma non si possono addebitare colpe al grande Albert: nella sua indagine era troppo in anticipo sui tempi; mancavano basilari acquisizioni perché egli trovasse la soluzione. In realtà ne siamo tuttora lontani, “ma”…

Ed è qui che entra in scena la teoria delle stringhe. Con alcuni suoi presupposti (stringhe vibranti anziché particelle; nove - ma forse undici - dimensioni del nostro spaziotempo, anziché le 4 che conosciamo… e altre stupefazioni) essa riesce a conciliare l’inconciliabile, riunendo le forze della natura in un “tutto” evidente, coerente, “armonico”… ma ahinoi, per ora solo in teoria. Da qui le “note” (è il caso di dire) “dolenti”: come sostenere una teoria finora non dimostrata e forse mai dimostrabile? Essa tratta su scala talmente infinitesima oggetti (le stringhe) che, per le stesse leggi fisiche, noi non potremo forse mai vedere né misurare: ogni eventuale controprova dovrà necessariamente venirci solo dal rilevamento di loro “effetti collaterali”. Ma è corretto definire scientifica una teoria priva del popperiano elemento intrinseco della falsificabilità? I sostenitori delle stringhe sono visionari, siamo ancora  nei territori della Scienza o anche la razionalità galileiana è in fase di revisionismo? Intanto i teorici delle stringhe sono ormai eserciti, spesso eserciti di “devoti” entusiasti. Non solo: la letteratura specifica si è evoluta enormemente con diramazioni, filiazioni, “superstringhe”, “Teoria-M” e altro; qualunque affermazione o intuizione viene presto superata da ulteriori voli teorici. Razionalità o nuova religione? Attendiamo dunque il responso del gigantesco LHC ginevrino (che a sua volta dovrebbe evidenziare un ipotetico effetto collaterale delle stringhe). E siamo interessati anche all’esito di indagini del satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) della NASA, il quale dovrebbe individuare alcune delle dimensioni extra previste dalla teoria, ricavandole dalla loro influenza sull’energia cosmica rilasciata al momento del Big Bang, tredici miliardi di anni fa… Grandiose idee, se non superbe. Nel frattempo però l’”armonia delle sfere” del XXI secolo non appare esente da qualche… stecca.

Una volta accettata la teoria delle stringhe conseguirebbe una nuova visione del mondo. Il nostro universo sarebbe parte di qualcosa più grande, una mega-dimensione definita bulk (”volume”). Il cosmo ne sarebbe una piccola porzione: superato il geocentrismo dovremo rinunciare quindi anche al “cosmocentrismo”. Sarebbe, inoltre, la ufficializzazione dell’esistenza di universi paralleli, finora relegati nelle pagine della fantascienza. La fisica delle stringhe prevede che lo spazio si possa “strappare”, ma senza che ciò produca catastrofi universali, anzi in una maniera delicata: piuttosto che una lacerazione, sarebbe - sostiene Brian Greene - “come il lavorio di una tarma sulla lana”. Abbiamo già accennato che la teoria necessita dell’esistenza di dimensioni spaziali extra, ma queste sono “arrotolate” su se stesse e quindi non risultano visibili alle nostre osservazioni. “Quando compiamo un gesto con un braccio, noi non ci muoviamo solo attraverso le 3 dimensioni note - lunghezza, larghezza, altezza - ma anche all’interno di quelle invisibili”. Queste ulteriori micro-dimensioni arrotolate si chiamano “spazi di Calabi-Yau” (dai nomi dei fisici Eugenio Calabi e Shing-Tung Yau). Anche gli italiani hanno parte importante in questa complicata faccenda. A parte il citato Calabi, va notato che l’intera teoria muove da un’occasionale ma sensazionale scoperta teorica che il fisico delle particelle Gabriele Veneziano fece nel 1968, definita “Funzione Beta Eulero”.

Il futuro nel mare.

Nuovi farmaci, nuovi alimenti, metalli ed energia sono lì: sotto le acque.

Basterebbe prenderli…

Tempo fa l’ecologo marino australiano Chris Buttershill ha dichiarato che gli oceani si stanno rivelando la maggiore fonte di nuovi farmaci. Il motivo è semplice, spiega lo scienziato: vita e microrganismi del mare esistono da quasi un miliardo di anni, per cui hanno avuto il tempo di sviluppare una varietà di efficaci sostanze chimiche per autodifesa, alcune delle quali possono essere sfruttate dall’uomo. Per esempio, un farmaco dei più promettenti contro il dolore intrattabile è basato sul veleno di un mollusco, una lumaca predatrice della specie Conus che vive nella barriera corallina dell’Oceano Pacifico. La sostanza implicata è lo “ziconotide”, e il medicinale ricavato sarebbe quasi 50 volte più potente della morfina, senza presentarne gli effetti collaterali. Nelle spugne del genere Dysidea avara si sono isolati due principi, avarolo e avarone, con proprietà antibiotiche, antileucemiche e inibitorie del virus Hiv (Aids). Un altro gruppo di molluschi, gli Opistobranchi, produce molecole dalle capacità antitumorali. Dalle Ascidie, piccole creature del Mar dei Caraibi, si è ricavato l’ET-743, un principio che promette di curare alcuni tumori dei tessuti adiposi. Più recentemente si sono scoperte grosse vongole la cui età supera i 400 anni: qual è il segreto del loro Dna, si potrà mai applicare all’uomo?

Ma non il solo mare potrebbe diventare miniera di sorprese per la nostra salute e la longevità. Nel lago Klamath (Oregon) vive una micro-alga, l’Aphanizomenon flos aquae, che promette di migliorare le condizioni dei malati d’Alzheimer. Il lago viene a trovarsi in eccezionali condizioni climatico-ecologiche, un ambiente incontaminato ricchissimo di minerali, e rappresenta una risorsa ideale di vitamine e aminoacidi metabolizzati dalle alghe. Potremmo proseguire con gli esempi; importante è rendersi conto che molti nuovi farmaci ricavati dalle acque marine - talora lacustri - sono in sperimentazione e il pilastro di questa ricerca è, come si può  intuire, l’inestimabile ricchezza, o capitale, definiti “biodiversità”. Un “valore” la cui difesa dovrebbe essere un obiettivo primario, nel nostro stesso interesse. Ogni volta che muore una specie anche la più piccola, ogni Dna che sparisce per responsabilità dell’uomo (vengono meno circa 30 mila specie viventi ogni anno) siamo ad una perdita irrimediabile, una possibilità che viene meno per l’umanità.

Il mare non è soltanto una miniera potenziale di elisir. E’ prevedibile che, in futuro, le distese oceaniche diventino sorgenti di ulteriore cibo, di energie, di minerali. Il tutto – questo è importante – senza alterare ulteriormente i già precari ambienti ecologici, anzi cercando di riequilibrarli. Se la micro-alga del lago Klamath possiede una eccezionale completezza nutrizionale che si potrebbe sfruttare nei modi opportuni, il mare offre a sua volta una vastissima gamma di alghe commestibili (Arame, Dulse, Hijiki, Kelp…) note da secoli presso numerose popolazioni, per esempio i Giapponesi. Le alghe sono una valida fonte di vitamine e minerali. Si possono preparare in una gran varietà di modi, non solo nella cucina macrobiotica, che già usa farine di alghe. Queste piante sono aggiunte, per esempio, in minestre per lo svezzamento. Una cultura che riesca a valorizzare e diffondere una cucina in cui abbiano ampio spazio i vegetali del mare aiuterebbe inoltre a risolvere un problema che già si profila minaccioso: la carenza di cereali, che in grandi quantità si stanno già destinando alla più redditizia industria della produzione di “biocarburanti”. Se oggi ci lamentiamo per l’aumento di prezzo di pasta, pane, latte e vari altri generi alimentari nel cui ciclo di produzione i cereali hanno un ruolo basilare, in futuro la situazione potrebbe peggiorare molto. I governi cercano di muoversi ma vediamo molta confusione, scarso interesse, mentre il denaro in gioco è enorme. Quanto alla fonte primaria di cibo dal mare, la pesca, il problema che non si può procrastinare è la depauperazione delle risorse ittiche. Negli ultimi decenni si è passati gradualmente a pescare sempre più in basso nella catena alimentare marina: pesci e molluschi preda di quelle specie che dapprima erano il nostro cibo. Questa tendenza, oltre a portarci a una cucina di qualità inferiore, condurrà a cibarci di plancton e meduse. Già le meduse sono oggetto generale di pesca, anche se non sono ancora giunte sulla nostra tavola. Ma il mare continuerà ad alimentarci solo se si creeranno riserve marine, aree protette indispensabili alla ricostruzione e al mantenimento degli ecosistemi, per ricreare – almeno in parte – l’abbondanza di pescato d’una volta.

Quanto alle capacità energetiche del mare, le possibilità che si profilano sono molto notevoli benché le tecnologie siano al momento carenti o imperfette. Il mare potrebbe fornirci cinque tipi d’energia: ricavata da correnti, da moto ondoso,  maree, “correnti di marea”, gradiente termico. Siamo ancora agli inizi, tuttavia in varie zone del pianeta sono in corso sperimentazioni e si cerca di individuare luoghi idonei alle varie tipologie. In Italia, per esempio, lo Stretto di Messina risulterebbe molto interessante e utile, più che per faraoniche iniziative, per lo sfruttamento delle correnti. In Francia c’è una centrale che ricava energia elettrica dall’innalzamento e abbassamento d’acqua a seguito delle maree. Quanto all’energia dal gradiente termico, essa è fornita con il concorso dei raggi solari. Da una diecina d’anni, al largo delle isole Hawaii funziona una centrale che sfrutta, appunto, lo scarto fra la temperatura di superficie del mare, riscaldata dal sole fino a 28 gradi centigradi, e le basse temperature a oltre 500 metri di profondità.

Infine il mare è potenzialmente una riserva di minerali. I lettori ricorderanno, lo scorso anno, la querelle ai limiti della legalità sorta fra Russia da un lato, dall’altro Usa, Danimarca/Groenlandia, Canadà e Norvegia, per l’appropriazioni di fondali ritenuti ricchissimi di petrolio. Dovranno anche perfezionarsi sistemi di estrazione per grandi profondità. Gli attuali pozzi marittimi arrivano comunque a 5000 km. E giù sul fondale si trovano migliaia di “noduli polimetallici”, piccole sfere composte di vari minerali. Basterebbe raccoglierle… (Ma occorrerà prudenza, finché non si sappia se hanno una loro funzione nell’ecosistema). Nelle profondità esistono anche immensi depositi di fosfati e solfati. Secondo le stime di Arthur C. Clarke, scienziato inglese e noto scrittore di fantascienza, ogni miglio cubo d’acqua marina contiene, disciolti, 150 milioni di tonnellate di minerali fra cui 5 milioni di magnesio, 300 mila di bromo, 7 di uranio, e poi oro, argento e via elencando. Si spera che prima o poi nuove tecnologie ci consentano di attingere a queste ricchezze praticamente inesauribili, al momento non sfruttabili data la loro bassissima concentrazione per gli attuali mezzi di estrazione.

Insomma sul nostro vecchio e alquanto malandato pianeta ci sarebbe ancora modo di ripristinare preziosi ambienti e al contempo redistribuire più equamente enormi ricchezze. Non è vero, dunque, che si sia del tutto “persa” l’idea di Futuro…   

(Versione aggiornata dell’articolo omonimo apparso su “La Gazzetta del Mezzogiorno” il 6 novembre 2007)