Ha scientificamente senso parlare di identitá?

Dalla piú piccola particella all’Universo nel suo insieme, la Scienza mostra come niente sia immutabile. Non solo nulla si crea, nulla si distrugge e tutto si trasforma: tutto si trasforma senza sosta, cambiando identitá e definizione. La metamorfosi rimane il nostro unico punto di riferimento?

L’universo è cambiamento; la nostra vita è il risultato dei nostri pensieri
Marco Aurelio

I concetti di trasformazione, cambiamento, metamorfosi sono forse visti spesso come momenti di crisi e di rottura, nella vita come nella scienza. Persino per un piccolo bruco si prepara a trasformarsi in una bellissima farfalla, la metamorfosi in atto è decisa, una rottura totale con lo ‘stato’ passato. Altre ‘metamorfosi’ naturali invece sembrano più armoniche, quasi accomodanti, e coincidono di solito con eventi ciclici come il ciclo delle stagioni o il ciclo stesso della vita. Ma possiamo considerare questi cicli naturali come reali metamorfosi, se poi si torna sempre al punto di partenza? Si può cambiare per tornare sé stessi?

Domande lecite di certo, ma fuorvianti in quanto questi cicli sono manifestazioni e conseguenze di transizioni ed evoluzioni temporali di fenomeni singoli. Concentrarci su questi ultimi sembra limitativo, ma in realtà ci dà una visione più completa delle cose di quanto non ce la diano fenomeni complessi come, appunto, il ciclo delle stagioni.

Mettiamo allora un cubetto di ghiaccio in un bicchiere e lasciamolo lì sul tavolo. Dopo qualche minuto, non troveremo più ghiaccio ma acqua, dopo qualche ora (o anche giorni) anche l’acqua sparirà evaporando nell’atmosfera. La fusione da ghiaccio in acqua e l’evaporazione in vapore acqueo sono gli esempi più noti di transizioni di fase (da solido a liquido e da liquido a gassoso). Ma perché esistono queste transizioni? Perché la materia intraprende questo genere di metamorfosi che ne cambia irreversibilmente  le proprietà fisiche? (avete mai visto un cubetto di ghiaccio sciogliersi in una pozza d’acqua e poi, mettendolo in frigo, tornare cubetto di ghiaccio? No! Rimarrà una pozza… di ghiaccio).

È tutta una questione di simmetrie.

La simmetria in fisica è – in generale – la proprietà di un oggetto di rimanere uguale a se stesso in seguito a traslazioni, rotazioni e riflessioni. Quando in un sistema la simmetria si rompe le cose cambiano… parecchio. Nel caso del cubetto di ghiaccio, le molecole d’acqua sono tutte disposte ordinatamente in un reticolo e legate saldamente tra loro. Questo comporta che, se lo guardassimo con un microscopio adatto, ogni molecola al suo interno sarebbe indistinguibile dalle altre perché legata esattamente nello stesso modo di ogni altra molecola, nella stessa configurazione di ogni altra molecola, eccetera. Insomma, il cubetto di ghiaccio sarebbe simmetrico per alcune traslazioni e rotazioni. Ma poi la temperatura si alza, le molecole iniziano a vibrare per agitazione termica sempre di più fino rompere i legami che le tenevano insieme, rompendo di fatto la simmetria. Da qui la fusione in acqua e, continuando ad alzare la temperatura, l’evaporazione con la perdita totale di simmetria.

Questo tipo di rotture avviene nelle situazioni più disparate, quando meno ce l’aspettiamo. Prendiamo il ferro, il materiale magnetico per eccellenza. Ora alziamo la temperatura a 770° C, stando attenti a non squagliarci. Cosa succede? Il ferro perde la sua proprietà ferromagnetica e si trasforma in un materiale paramagnetico: i dipoli al suo interno, oltre una certa temperatura (detta temperatura di Curie), si agitano troppo velocemente per mantenere il suo magnetismo [2].

E se invece abbassassimo la temperatura a pochi gradi Kelvin (circa -270° C)? La cosa si farebbe ancora più interessante, visibile qui (min. 5’): diventa un superconduttore.

La rottura della simmetria, dell’ordine e della prevedibilità di un sistema portano a vere e proprie metamorfosi . È un po’ come nella vita di tutti i giorni: le relazioni finiscono quando la simmetria tra  due partner si spezza, gli hobby si lasciano quando la simmetria tra tempo speso e godimento si rompe, se in un conflitto armato le forze sono asimmetriche si urla al massacro, quando nella nostra società i rapporti tra due classi economiche o due gruppi si fanno asimmetrici iniziano le contestazioni e le rivoluzioni.

Ma non finisce qui: si può scendere ancor di più nel particolare e scoprire che nel mondo delle particelle fondamentali tutto è in costante trasformazione. Quark, neutrini, bosoni e fermioni che costituiscono le fondamenta stessa della materia non sono oggetti fissi ma oggetti che, intrinsecamente, interagiscono cambiando forma e stato continuamente [3].

L’universo in cui siamo immersi è, essenzialmente e fondamentalmente, il risultato di trasformazioni e metamorfosi. Le identità, le definizioni, le strutture, l’ordine dettato dalle simmetrie sono tutti destinati a ‘svanire in pure ombre’, al di là di qualche confine non troppo lontano.

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Fonti:
[1] Corrado Mencuccini e Vittorio Silvestrini, Fisica I – Meccanica e Termodinamica, Napoli, Liguori editore, 1988
[2] Corrado Mencuccini e Vittorio Silvestrini, Fisica II – Elettromagnetismo e ottica, Napoli, Liguori editore, 1988
[3] Carlo Rovelli, Helgoland, Adelphi, 2020