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| Articolo scritto da: Davide Fiscaletti |
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La meccanica quantistica è la teoria fondamentale che sta alla base della moderna visione dei fenomeni naturali. Tuttavia, malgrado gli incontrastati successi sul piano applicativo e le numerosissime conferme sperimentali che si sono accumulate sin dalla sua nascita (avvenuta nella seconda metà degli anni '20 del secolo scorso), questa teoria ha dato luogo ad un acceso dibattito sui propri fondamenti, su quello che dice a proposito del mondo. Ci sono infatti degli aspetti di questa teoria che la fanno sembrare esotica e misteriosa, lontana dal senso comune. Tra questi, l’aspetto più sorprendente è sicuramente rappresentato dalla non località, dalla non separabilità delle particelle subatomiche.
In base a un famoso teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell (che è considerato da molti esperti nel campo dei fondamenti concettuali della meccanica quantistica come il più importante recente contributo alla scienza), un’esperienza avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma di “connessione” per cui il comportamento di ciascuna delle due condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra indipendentemente dalla distanza che le separa. Per esempio, nel caso di due particelle subatomiche inizialmente accoppiate e che poi vengono separate e allontanate l’una dall’altra, se ad un certo istante invertiamo il senso di rotazione (chiamato dai fisici con il termine “spin”) di una delle due, in quello stesso istante anche l’altra inverte il suo senso di rotazione, indipendentemente dalla distanza che separa le due particelle.
Ai giorni nostri, non è stata trovata ancora alcuna contro-argomentazione significativa in grado di mettere in discussione la validità del teorema di Bell. Tutti gli esperimenti effettuati finora – e particolarmente significativi sono, in questo senso, gli esperimenti di Alain Aspect (1981) al laboratorio di ottica di Orsay, di Yanhua Shih (2001) dell’Università del Maryland e di Nicolas Gisin (2003) dell’Università di Ginevra – hanno confermato il risultato ottenuto da Bell, vale a dire che la non località deve essere considerata una caratteristica fondamentale e irrinunciabile del mondo microscopico, che le particelle subatomiche sono capaci di comunicare istantaneamente a prescindere dalla loro distanza. La comunicazione istantanea, l’intreccio tra le particelle subatomiche – effetto noto anche con il termine tecnico di “entanglement quantistico” - può essere considerato uno dei più grandi misteri della conoscenza umana: pur essendo un fenomeno osservabile e ripetibile, non sembra avere una chiara spiegazione logica.
In questo articolo, ci proponiamo di illustrare un’interessante interpretazione della non località e dell’entanglement quantistico sviluppata dal fisico anglo-americano David Bohm (nota anche come teoria dell’ordine implicito o modello olografico della realtà) e le prospettive che può aprire nella descrizione del mondo fisico (in particolare nello studio delle interazioni fondamentali); successivamente, mostreremo che la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che lo spazio fisico, al livello fondamentale, ha un carattere a-temporale.
In base a un famoso teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell (che è considerato da molti esperti nel campo dei fondamenti concettuali della meccanica quantistica come il più importante recente contributo alla scienza), un’esperienza avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma di “connessione” per cui il comportamento di ciascuna delle due condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra indipendentemente dalla distanza che le separa. Per esempio, nel caso di due particelle subatomiche inizialmente accoppiate e che poi vengono separate e allontanate l’una dall’altra, se ad un certo istante invertiamo il senso di rotazione (chiamato dai fisici con il termine “spin”) di una delle due, in quello stesso istante anche l’altra inverte il suo senso di rotazione, indipendentemente dalla distanza che separa le due particelle.
Ai giorni nostri, non è stata trovata ancora alcuna contro-argomentazione significativa in grado di mettere in discussione la validità del teorema di Bell. Tutti gli esperimenti effettuati finora – e particolarmente significativi sono, in questo senso, gli esperimenti di Alain Aspect (1981) al laboratorio di ottica di Orsay, di Yanhua Shih (2001) dell’Università del Maryland e di Nicolas Gisin (2003) dell’Università di Ginevra – hanno confermato il risultato ottenuto da Bell, vale a dire che la non località deve essere considerata una caratteristica fondamentale e irrinunciabile del mondo microscopico, che le particelle subatomiche sono capaci di comunicare istantaneamente a prescindere dalla loro distanza. La comunicazione istantanea, l’intreccio tra le particelle subatomiche – effetto noto anche con il termine tecnico di “entanglement quantistico” - può essere considerato uno dei più grandi misteri della conoscenza umana: pur essendo un fenomeno osservabile e ripetibile, non sembra avere una chiara spiegazione logica.
In questo articolo, ci proponiamo di illustrare un’interessante interpretazione della non località e dell’entanglement quantistico sviluppata dal fisico anglo-americano David Bohm (nota anche come teoria dell’ordine implicito o modello olografico della realtà) e le prospettive che può aprire nella descrizione del mondo fisico (in particolare nello studio delle interazioni fondamentali); successivamente, mostreremo che la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che lo spazio fisico, al livello fondamentale, ha un carattere a-temporale.
Le idee di Bohm: potenziale quantico e diversi livelli della realtà fisica:
Nel 1952 David Bohm sviluppò un’interpretazione alternativa della meccanica quantistica, nota anche come teoria dell’onda pilota, in grado di fornire una descrizione causale dei processi atomici e, quindi, di mettere in discussione l’immagine soggettivistica della realtà quale emerge dall’interpretazione standard (cioè la versione della meccanica quantistica proposta nella seconda metà degli anni '20 dai fondatori di questa teoria, gli esponenti delle scuole di Copenaghen e Gottinga, e che è risultata vincente sul piano storico). Una delle idee di partenza fondamentali della teoria di Bohm è il dualismo oggettivo onda-corpuscolo: ciascun oggetto atomico elementare viene visto come costituito da un’onda e da un corpuscolo contemporaneamente, con l’onda che ha il ruolo di guidare il corpuscolo nelle regioni dove la funzione d’onda (che è l’ente matematico con cui nella teoria quantistica viene descritto lo stato di ogni sistema fisico) è più intensa. Per quanto riguarda il dualismo oggettivo, l’energia e l’impulso vanno pensati interamente associati al corpuscolo mentre l’onda deve essere considerata vuota, priva di energia ed impulso.
Nell’ambito della teoria di Bohm, la particella è guidata nel suo moto dall’onda corrispondente sulla base di una legge che ha la forma della seconda legge di Newton della meccanica classica, con l’unica differenza che qui la particella è soggetta, oltre che ad una forza classica, anche ad una forza quantistica, legata ad una forma di energia chiamata potenziale quantico . La caratteristica principale della teoria di Bohm, che consente di fornire una descrizione causale dei processi atomici, è la seguente: qui, la funzione d’onda agisce come un’onda pilota che guida la particella corrispondente, attraverso l’azione del potenziale quantico, nelle regioni dove essa è più intensa. In altre parole, nell’ambito delle idee di Bohm, il moto delle particelle non si manifesta in maniera casuale, ma sotto la guida di un “campo nascosto”, cioè appunto il potenziale quantico, in grado di determinarne la traiettoria. Si tratta di un potenziale nato dal “vuoto” che non opera come i campi elettromagnetici classici, la cui azione dipende dall’intensità e dalla distanza, ma che agisce in maniera istantanea e solo come pura “forma”. La particella si comporta in pratica come una nave che arriva al porto grazie alla potenza dei suoi motori ma sotto la guida di un radar che le indica la strada da seguire. I motori rappresentano il comportamento classico delle particelle nel mondo fisico che conosciamo (per esempio l’azione dei campi elettromagnetici), mentre il radar rappresenta l’azione del potenziale quantico.
Ora, Bohm ha mostrato che è proprio il potenziale quantico a determinare la non località dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica simbiosi cosmica. Insomma, particelle distanti anche miliardi di anni luce sono in grado di comunicare tra di loro informazioni in modo istantaneo proprio grazie all’azione del potenziale quantico.
Per interpretare la non località quantistica, nelle sue ricerche degli anni '70 e '80 Bohm introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito (esplicate order) ed ordine implicito (implicate order). Secondo Bohm è possibile individuare nella meccanica quantistica due diversi livelli di descrizione dei sistemi fisici: l’interpretazione standard e il suo formalismo ci permettono di rendere conto del foreground, dell’ordine esplicito del mondo macroscopico così come ci appare dalle nostre misure, e che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie; quello che avviene nell’ordine esplicito rappresenta tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello del background e dell’ordine implicito, caratterizzato da non località e non separabilità. Bohm suggerisce quindi che nell’indagine della realtà fisica bisogna distinguere tra gli aspetti “avviluppati”, legati al livello nascosto e quelli “dischiusi”, che si manifestano come proiezioni del livello fondamentale.
In base alle idee di Bohm, il comportamento delle particelle subatomiche indica chiaramente che esiste un livello di realtà del quale non siamo minimamente consapevoli. Se le particelle subatomiche ci appaiono separate è perché siamo capaci di vedere solo una porzione della realtà (cioè il foreground o ordine esplicito); ad un livello più profondo esse non risultano “parti” separate bensì sfaccettature di un’unità più profonda e basilare. A questo livello più profondo e fondamentale (che è appunto il background o ordine implicito), tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate in una sorta di interezza continua. Si è insomma condotti - usando parole dello stesso Bohm – “ad una nuova concezione di totalità indivisa che nega l’idea classica della possibilità di analizzare il mondo in parti esistenti in maniera separata ed indipendente: la realtà fondamentale è l’inseparabile connessione quantistica di tutto l’universo e le parti che hanno un comportamento relativamente indipendente sono solo forme particolari e contingenti dentro questo tutto”.
Per comunicare la sua visione, Bohm usò anche potenti metafore, e tra queste la più famosa è probabilmente la metafora dell’ologramma (per questa ragione l’interpretazione di Bohm della non località quantistica può essere anche definita modello olografico della realtà). Un ologramma è una fotografia tridimensionale prodotta con l’aiuto di un laser, la cui principale proprietà sta nel fatto che ogni sua parte contiene tutte le informazioni possedute dall’ologramma intero. Per estensione, si può parlare di procedimento ologrammatico quando tutte le informazioni di uno spazio a n-dimensioni sono contenute in uno spazio di dimensioni minori. L’analogia tra l’ologramma e i diversi livelli della realtà fisica è la seguente: l’ordine esplicito o foreground è come una rappresentazione olografica dell’ordine implicito, cioè del background. Si può anche dire che, al suo livello più profondo e fondamentale, la realtà nel suo insieme non è altro che una sorta di super-ologramma dove il passato, il presente e il futuro coesistono contemporaneamente, cioè l’universo stesso è una proiezione, un ologramma, il magazzino cosmico di tutto ciò che è, che sarà o che sia mai stato.
Nel 1952 David Bohm sviluppò un’interpretazione alternativa della meccanica quantistica, nota anche come teoria dell’onda pilota, in grado di fornire una descrizione causale dei processi atomici e, quindi, di mettere in discussione l’immagine soggettivistica della realtà quale emerge dall’interpretazione standard (cioè la versione della meccanica quantistica proposta nella seconda metà degli anni '20 dai fondatori di questa teoria, gli esponenti delle scuole di Copenaghen e Gottinga, e che è risultata vincente sul piano storico). Una delle idee di partenza fondamentali della teoria di Bohm è il dualismo oggettivo onda-corpuscolo: ciascun oggetto atomico elementare viene visto come costituito da un’onda e da un corpuscolo contemporaneamente, con l’onda che ha il ruolo di guidare il corpuscolo nelle regioni dove la funzione d’onda (che è l’ente matematico con cui nella teoria quantistica viene descritto lo stato di ogni sistema fisico) è più intensa. Per quanto riguarda il dualismo oggettivo, l’energia e l’impulso vanno pensati interamente associati al corpuscolo mentre l’onda deve essere considerata vuota, priva di energia ed impulso.
Nell’ambito della teoria di Bohm, la particella è guidata nel suo moto dall’onda corrispondente sulla base di una legge che ha la forma della seconda legge di Newton della meccanica classica, con l’unica differenza che qui la particella è soggetta, oltre che ad una forza classica, anche ad una forza quantistica, legata ad una forma di energia chiamata potenziale quantico . La caratteristica principale della teoria di Bohm, che consente di fornire una descrizione causale dei processi atomici, è la seguente: qui, la funzione d’onda agisce come un’onda pilota che guida la particella corrispondente, attraverso l’azione del potenziale quantico, nelle regioni dove essa è più intensa. In altre parole, nell’ambito delle idee di Bohm, il moto delle particelle non si manifesta in maniera casuale, ma sotto la guida di un “campo nascosto”, cioè appunto il potenziale quantico, in grado di determinarne la traiettoria. Si tratta di un potenziale nato dal “vuoto” che non opera come i campi elettromagnetici classici, la cui azione dipende dall’intensità e dalla distanza, ma che agisce in maniera istantanea e solo come pura “forma”. La particella si comporta in pratica come una nave che arriva al porto grazie alla potenza dei suoi motori ma sotto la guida di un radar che le indica la strada da seguire. I motori rappresentano il comportamento classico delle particelle nel mondo fisico che conosciamo (per esempio l’azione dei campi elettromagnetici), mentre il radar rappresenta l’azione del potenziale quantico.
Ora, Bohm ha mostrato che è proprio il potenziale quantico a determinare la non località dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica simbiosi cosmica. Insomma, particelle distanti anche miliardi di anni luce sono in grado di comunicare tra di loro informazioni in modo istantaneo proprio grazie all’azione del potenziale quantico.
Per interpretare la non località quantistica, nelle sue ricerche degli anni '70 e '80 Bohm introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito (esplicate order) ed ordine implicito (implicate order). Secondo Bohm è possibile individuare nella meccanica quantistica due diversi livelli di descrizione dei sistemi fisici: l’interpretazione standard e il suo formalismo ci permettono di rendere conto del foreground, dell’ordine esplicito del mondo macroscopico così come ci appare dalle nostre misure, e che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie; quello che avviene nell’ordine esplicito rappresenta tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello del background e dell’ordine implicito, caratterizzato da non località e non separabilità. Bohm suggerisce quindi che nell’indagine della realtà fisica bisogna distinguere tra gli aspetti “avviluppati”, legati al livello nascosto e quelli “dischiusi”, che si manifestano come proiezioni del livello fondamentale.
In base alle idee di Bohm, il comportamento delle particelle subatomiche indica chiaramente che esiste un livello di realtà del quale non siamo minimamente consapevoli. Se le particelle subatomiche ci appaiono separate è perché siamo capaci di vedere solo una porzione della realtà (cioè il foreground o ordine esplicito); ad un livello più profondo esse non risultano “parti” separate bensì sfaccettature di un’unità più profonda e basilare. A questo livello più profondo e fondamentale (che è appunto il background o ordine implicito), tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate in una sorta di interezza continua. Si è insomma condotti - usando parole dello stesso Bohm – “ad una nuova concezione di totalità indivisa che nega l’idea classica della possibilità di analizzare il mondo in parti esistenti in maniera separata ed indipendente: la realtà fondamentale è l’inseparabile connessione quantistica di tutto l’universo e le parti che hanno un comportamento relativamente indipendente sono solo forme particolari e contingenti dentro questo tutto”.
Per comunicare la sua visione, Bohm usò anche potenti metafore, e tra queste la più famosa è probabilmente la metafora dell’ologramma (per questa ragione l’interpretazione di Bohm della non località quantistica può essere anche definita modello olografico della realtà). Un ologramma è una fotografia tridimensionale prodotta con l’aiuto di un laser, la cui principale proprietà sta nel fatto che ogni sua parte contiene tutte le informazioni possedute dall’ologramma intero. Per estensione, si può parlare di procedimento ologrammatico quando tutte le informazioni di uno spazio a n-dimensioni sono contenute in uno spazio di dimensioni minori. L’analogia tra l’ologramma e i diversi livelli della realtà fisica è la seguente: l’ordine esplicito o foreground è come una rappresentazione olografica dell’ordine implicito, cioè del background. Si può anche dire che, al suo livello più profondo e fondamentale, la realtà nel suo insieme non è altro che una sorta di super-ologramma dove il passato, il presente e il futuro coesistono contemporaneamente, cioè l’universo stesso è una proiezione, un ologramma, il magazzino cosmico di tutto ciò che è, che sarà o che sia mai stato.
Le prospettive aperte dal dualismo oggettivo onda-corpuscolo sui diversi livelli della realtà fisica:
Sul piano interpretativo, poiché nella teoria di Bohm la non località dei processi microscopici è legata all’azione del potenziale quantico e il potenziale quantico è strettamente connesso al dualismo oggettivo onda-corpuscolo (con l’onda che ha il ruolo di guidare la particella in esame nel corso del suo movimento), risulta del tutto lecito suggerire la seguente idea: nel livello più profondo e fondamentale della realtà, cioè nell’ordine implicito dell’universo, tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate tra di loro per mezzo delle onde ad esse associate. Nel nostro livello della realtà, le onde associate alle particelle non sono visibili (il problema dell’osservazione delle onde quantistiche stava particolarmente a cuore allo stesso Einstein, tant’è vero che egli le chiamava scherzosamente “campi fantasma”) ed è proprio per questo che, nel mondo che esperiamo, tutti gli oggetti ci appaiono separati. Ma nel livello più profondo, cioè nell’ordine implicito, i fenomeni naturali hanno un carattere non locale, tutte le particelle sono di fatto collegate tra di loro e si può pensare che le entità che le collegano le une alle altre in una fitta rete interconnessa sono proprio le onde ad esse associate.
Ora, questo modo di visualizzare come vanno le cose nel livello esplicito e in quello implicito consente di aprire nuove interessanti prospettive riguardo l’interpretazione delle interazioni fondamentali: partendo dall’idea che sono le onde associate alle varie particelle a legarle tra di loro in una fitta rete, è possibile fornire una spiegazione causale, intuitiva, dell’origine dei segnali responsabili delle diverse interazioni e si apre la possibilità di trattare tutte le interazioni in uno schema unitario.
Com’è noto, in natura esistono quattro interazioni (o forze) fondamentali: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.
La forza gravitazionale si esercita tra tutti gli oggetti dotati di massa. Essa è espressa da una legge di attrazione direttamente proporzionale alle masse interagenti e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza; ha un raggio d’azione illimitato ed è sostanzialmente l’interazione che prevale a scala, diciamo, umana. La teoria oggi universalmente accettata sulla gravitazione è la relatività generale di Einstein, in base alla quale la gravità viene vista come modifica delle proprietà geometriche dello spazio-tempo. In altre parole, la relatività generale stabilisce che è la struttura dello spazio-tempo che determina le traiettorie dei corpi in movimento (o le loro posizioni, nel caso in cui i corpi sono fermi).
Le forze elettromagnetiche si esercitano tra le particelle dotate di carica elettrica. Esse hanno una struttura formale diversa le une dalle altre, anche se la legge di Coulomb che ne costituisce un caso particolare – la quale stabilisce che tra due cariche elettriche in quiete si esercita un’azione attrattiva o repulsiva a seconda che tali cariche siano di segno opposto o dello stesso segno – ha un andamento con la distanza del tutto simile all’interazione gravitazionale. Per spiegare e descrivere l’interazione elettromagnetica oggi i fisici teorici si basano su una teoria, nota come elettrodinamica quantistica o QED, in base alla quale la forza elettromagnetica si trasmette attraverso oggetti privi di massa, i fotoni.
L’interazione forte tiene legati i protoni e i neutroni all’interno del nucleo atomico (e, in un altro contesto, è quella che si esercita tra i quark, cioè i costituenti elementari di protoni e neutroni). Si tratta di un’interazione molto intensa, ma il suo raggio d’azione è estremamente corto, dell’ordine di metri, il quale la rende praticamente inesistente a distanze maggiori di questa scala (per esempio, su scala atomica). L’interazione forte nella teoria quantistica dei campi attuale (chiamata cromodinamica quantistica o QCD) è mediata dallo scambio di alcuni bosoni , noti come gluoni (di cui ne esistono otto specie differenti).
Infine, esistono un quarto tipo di forze, dette deboli, le quali agiscono disintegrando certe particelle di fatto instabili; per effetto dell’interazione debole, in certi fenomeni radioattivi, queste particelle possono trasformarsi in altre particelle meno pesanti, senza conservare la loro massa. Nella teoria quantistica dei campi attuale le interazioni deboli sono mediate dallo scambio di alcuni bosoni particolari, precisamente tre particelle chiamate W+, W- e Z°.
Sul piano interpretativo, poiché nella teoria di Bohm la non località dei processi microscopici è legata all’azione del potenziale quantico e il potenziale quantico è strettamente connesso al dualismo oggettivo onda-corpuscolo (con l’onda che ha il ruolo di guidare la particella in esame nel corso del suo movimento), risulta del tutto lecito suggerire la seguente idea: nel livello più profondo e fondamentale della realtà, cioè nell’ordine implicito dell’universo, tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate tra di loro per mezzo delle onde ad esse associate. Nel nostro livello della realtà, le onde associate alle particelle non sono visibili (il problema dell’osservazione delle onde quantistiche stava particolarmente a cuore allo stesso Einstein, tant’è vero che egli le chiamava scherzosamente “campi fantasma”) ed è proprio per questo che, nel mondo che esperiamo, tutti gli oggetti ci appaiono separati. Ma nel livello più profondo, cioè nell’ordine implicito, i fenomeni naturali hanno un carattere non locale, tutte le particelle sono di fatto collegate tra di loro e si può pensare che le entità che le collegano le une alle altre in una fitta rete interconnessa sono proprio le onde ad esse associate.
Ora, questo modo di visualizzare come vanno le cose nel livello esplicito e in quello implicito consente di aprire nuove interessanti prospettive riguardo l’interpretazione delle interazioni fondamentali: partendo dall’idea che sono le onde associate alle varie particelle a legarle tra di loro in una fitta rete, è possibile fornire una spiegazione causale, intuitiva, dell’origine dei segnali responsabili delle diverse interazioni e si apre la possibilità di trattare tutte le interazioni in uno schema unitario.
Com’è noto, in natura esistono quattro interazioni (o forze) fondamentali: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.
La forza gravitazionale si esercita tra tutti gli oggetti dotati di massa. Essa è espressa da una legge di attrazione direttamente proporzionale alle masse interagenti e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza; ha un raggio d’azione illimitato ed è sostanzialmente l’interazione che prevale a scala, diciamo, umana. La teoria oggi universalmente accettata sulla gravitazione è la relatività generale di Einstein, in base alla quale la gravità viene vista come modifica delle proprietà geometriche dello spazio-tempo. In altre parole, la relatività generale stabilisce che è la struttura dello spazio-tempo che determina le traiettorie dei corpi in movimento (o le loro posizioni, nel caso in cui i corpi sono fermi).
Le forze elettromagnetiche si esercitano tra le particelle dotate di carica elettrica. Esse hanno una struttura formale diversa le une dalle altre, anche se la legge di Coulomb che ne costituisce un caso particolare – la quale stabilisce che tra due cariche elettriche in quiete si esercita un’azione attrattiva o repulsiva a seconda che tali cariche siano di segno opposto o dello stesso segno – ha un andamento con la distanza del tutto simile all’interazione gravitazionale. Per spiegare e descrivere l’interazione elettromagnetica oggi i fisici teorici si basano su una teoria, nota come elettrodinamica quantistica o QED, in base alla quale la forza elettromagnetica si trasmette attraverso oggetti privi di massa, i fotoni.
L’interazione forte tiene legati i protoni e i neutroni all’interno del nucleo atomico (e, in un altro contesto, è quella che si esercita tra i quark, cioè i costituenti elementari di protoni e neutroni). Si tratta di un’interazione molto intensa, ma il suo raggio d’azione è estremamente corto, dell’ordine di metri, il quale la rende praticamente inesistente a distanze maggiori di questa scala (per esempio, su scala atomica). L’interazione forte nella teoria quantistica dei campi attuale (chiamata cromodinamica quantistica o QCD) è mediata dallo scambio di alcuni bosoni , noti come gluoni (di cui ne esistono otto specie differenti).
Infine, esistono un quarto tipo di forze, dette deboli, le quali agiscono disintegrando certe particelle di fatto instabili; per effetto dell’interazione debole, in certi fenomeni radioattivi, queste particelle possono trasformarsi in altre particelle meno pesanti, senza conservare la loro massa. Nella teoria quantistica dei campi attuale le interazioni deboli sono mediate dallo scambio di alcuni bosoni particolari, precisamente tre particelle chiamate W+, W- e Z°.
Ora, sulla base del dualismo oggettivo onda-corpuscolo, possiamo descrivere tutte le interazioni fondamentali partendo da quest’idea: i due oggetti interessati all’interazione vanno di fatto sempre pensati come costituiti da un’onda e da un corpuscolo contemporaneamente, con l’onda che ha il ruolo di guidare la particella corrispondente nelle regioni dove il campo in esame è più intenso. Di conseguenza, nell’ambito del dualismo oggettivo, si può aprire questa interessante prospettiva: visto che sono sempre le onde a guidare le particelle sotto studio nel loro movimento, si può immaginare che, nell’ordine implicito, l’interazione tra due particelle sia trasmessa da un’onda complessiva la quale è data proprio dalla combinazione delle due onde associate alle particelle interagenti. Questo discorso va applicato a ciascuna delle quattro interazioni.
Pertanto, dal dualismo oggettivo onda-corpuscolo si può aprire la seguente interessante prospettiva:
- tutte le diverse interazioni fondamentali si trattano alla stessa maniera, assumendo che siano sempre le onde associate alle particelle interagenti a trasmettere l’interazione sotto studio. Più precisamente diciamo che, nel livello fondamentale della realtà, l’entità che trasmette l’interazione tra due determinate particelle è una sorta di onda complessiva data dalla combinazione delle onde associate a tali particelle.Vediamo ora di approfondire in dettaglio che cosa significa questo risultato, cominciando col considerare l’interazione elettromagnetica.
In virtù delle nostre idee, nell’interazione elettromagnetica tra due particelle l’entità che funge da mediatrice dell’interazione è, nel livello fondamentale della realtà, un’onda la quale può essere vista come la combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Pertanto, se nella QED l’interazione elettromagnetica tra due particelle è trasmessa attraverso lo scambio di un fotone, sulla base del nostro dualismo oggettivo possiamo suggerire l’idea che, nel livello fondamentale della realtà, l’entità che trasmette l’interazione è l’onda del fotone e che quest’onda è proprio data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti.
Passiamo adesso all’interazione gravitazionale. Due masse che interagiscono, in base alle nostre idee, devono essere sempre immaginate come costituite ciascuna da una particella e da un’onda contemporaneamente, con le onde che hanno il ruolo di guidare le particelle corrispondenti nelle regioni dove il campo gravitazionale è più intenso, vale a dire in modo tale da provocare l’attrazione delle due particelle stesse (visto che, come sappiamo dall’esperienza, l’interazione gravitazionale è solo attrattiva).
Il dualismo oggettivo onda-corpuscolo consente di fornire un’interpretazione intuitiva del risultato fondamentale della relatività generale, secondo cui la gravità si esplica come modifica della geometria spazio-temporale. Infatti, possiamo ipotizzare che, al livello più profondo della realtà, ci sia un’entità mediatrice vera e propria a produrre la modifica della geometria dello spazio-tempo (e di conseguenza, a trasmettere la gravità), e che quest’entità sia proprio un’onda data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Questo significa che, nell’ambito del nostro modello interpretativo, la modifica della struttura spazio temporale con cui si esplica la gravitazione può essere ricondotta a un’onda. Insomma, sulla base delle nostre idee, si apre questa interessante prospettiva: il mezzo con cui si trasmette l’interazione gravitazionale, determinando a sua volta una modifica della geometria dello spazio-tempo, è l’onda risultante dalla combinazione delle onde associate alle particelle materiali interagenti.
Vediamo infine l’interazione debole e l’interazione forte. Per quanto riguarda le interazioni deboli, si può assumere che l’entità che trasmette l’interazione sia un’onda associata ad uno dei tre bosoni W+, W- e Z° e che quest’onda sia data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. In modo analogo, possiamo suggerire l’idea che l’interazione forte sia trasmessa da un’onda associata a uno degli otto gluoni che conosciamo e che quest’onda risulti dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti.
In definitiva, sulla base dell’idea che sono le onde associate alle particelle materiali a legarle, nel livello più profondo della realtà, in una fitta rete interconnessa, si aprono nella descrizione del mondo fisico delle prospettive particolarmente interessanti. E’ possibile fornire una descrizione unitaria delle diverse interazioni: il dualismo oggettivo onda-corpuscolo, al livello fondamentale della realtà, apre la prospettiva di trattare allo stesso modo fenomeni apparentemente diversi, di descrivere alla stessa maniera tutte le quattro diverse interazioni fondamentali. Ed è soprattutto significativo il fatto che dal dualismo oggettivo si prospetta quest’altro rilevante risultato: la possibilità di dare una spiegazione causale, nel livello fondamentale della realtà, del modo in cui nascono i segnali responsabili delle varie interazioni. Nella visione standard (che ci permette di rendere conto dell’ordine esplicito) ciascuna interazione è mediata dallo scambio di un certo segnale specifico, ma non si riesce a fornire una spiegazione veramente causale dell’origine di tale segnale. Adesso invece, sulla base delle nostre idee, nell’ordine implicito si può visualizzare causalmente – almeno sul piano interpretativo - come nasce questo segnale: esso può essere visto come l’onda complessiva che è data da una sorta di combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Insomma, nel livello fondamentale, implicito della realtà, si apre la prospettiva interessante e significativa di descrivere in maniera simile le diverse interazioni fondamentali che esistono in natura, dando un’interpretazione intuitiva (e sempre in un quadro causale) del modo in cui vengono trasmesse tali interazioni.
Pertanto, dal dualismo oggettivo onda-corpuscolo si può aprire la seguente interessante prospettiva:
- tutte le diverse interazioni fondamentali si trattano alla stessa maniera, assumendo che siano sempre le onde associate alle particelle interagenti a trasmettere l’interazione sotto studio. Più precisamente diciamo che, nel livello fondamentale della realtà, l’entità che trasmette l’interazione tra due determinate particelle è una sorta di onda complessiva data dalla combinazione delle onde associate a tali particelle.Vediamo ora di approfondire in dettaglio che cosa significa questo risultato, cominciando col considerare l’interazione elettromagnetica.
In virtù delle nostre idee, nell’interazione elettromagnetica tra due particelle l’entità che funge da mediatrice dell’interazione è, nel livello fondamentale della realtà, un’onda la quale può essere vista come la combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Pertanto, se nella QED l’interazione elettromagnetica tra due particelle è trasmessa attraverso lo scambio di un fotone, sulla base del nostro dualismo oggettivo possiamo suggerire l’idea che, nel livello fondamentale della realtà, l’entità che trasmette l’interazione è l’onda del fotone e che quest’onda è proprio data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti.
Passiamo adesso all’interazione gravitazionale. Due masse che interagiscono, in base alle nostre idee, devono essere sempre immaginate come costituite ciascuna da una particella e da un’onda contemporaneamente, con le onde che hanno il ruolo di guidare le particelle corrispondenti nelle regioni dove il campo gravitazionale è più intenso, vale a dire in modo tale da provocare l’attrazione delle due particelle stesse (visto che, come sappiamo dall’esperienza, l’interazione gravitazionale è solo attrattiva).
Il dualismo oggettivo onda-corpuscolo consente di fornire un’interpretazione intuitiva del risultato fondamentale della relatività generale, secondo cui la gravità si esplica come modifica della geometria spazio-temporale. Infatti, possiamo ipotizzare che, al livello più profondo della realtà, ci sia un’entità mediatrice vera e propria a produrre la modifica della geometria dello spazio-tempo (e di conseguenza, a trasmettere la gravità), e che quest’entità sia proprio un’onda data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Questo significa che, nell’ambito del nostro modello interpretativo, la modifica della struttura spazio temporale con cui si esplica la gravitazione può essere ricondotta a un’onda. Insomma, sulla base delle nostre idee, si apre questa interessante prospettiva: il mezzo con cui si trasmette l’interazione gravitazionale, determinando a sua volta una modifica della geometria dello spazio-tempo, è l’onda risultante dalla combinazione delle onde associate alle particelle materiali interagenti.
Vediamo infine l’interazione debole e l’interazione forte. Per quanto riguarda le interazioni deboli, si può assumere che l’entità che trasmette l’interazione sia un’onda associata ad uno dei tre bosoni W+, W- e Z° e che quest’onda sia data dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. In modo analogo, possiamo suggerire l’idea che l’interazione forte sia trasmessa da un’onda associata a uno degli otto gluoni che conosciamo e che quest’onda risulti dalla combinazione delle onde associate alle particelle interagenti.
In definitiva, sulla base dell’idea che sono le onde associate alle particelle materiali a legarle, nel livello più profondo della realtà, in una fitta rete interconnessa, si aprono nella descrizione del mondo fisico delle prospettive particolarmente interessanti. E’ possibile fornire una descrizione unitaria delle diverse interazioni: il dualismo oggettivo onda-corpuscolo, al livello fondamentale della realtà, apre la prospettiva di trattare allo stesso modo fenomeni apparentemente diversi, di descrivere alla stessa maniera tutte le quattro diverse interazioni fondamentali. Ed è soprattutto significativo il fatto che dal dualismo oggettivo si prospetta quest’altro rilevante risultato: la possibilità di dare una spiegazione causale, nel livello fondamentale della realtà, del modo in cui nascono i segnali responsabili delle varie interazioni. Nella visione standard (che ci permette di rendere conto dell’ordine esplicito) ciascuna interazione è mediata dallo scambio di un certo segnale specifico, ma non si riesce a fornire una spiegazione veramente causale dell’origine di tale segnale. Adesso invece, sulla base delle nostre idee, nell’ordine implicito si può visualizzare causalmente – almeno sul piano interpretativo - come nasce questo segnale: esso può essere visto come l’onda complessiva che è data da una sorta di combinazione delle onde associate alle particelle interagenti. Insomma, nel livello fondamentale, implicito della realtà, si apre la prospettiva interessante e significativa di descrivere in maniera simile le diverse interazioni fondamentali che esistono in natura, dando un’interpretazione intuitiva (e sempre in un quadro causale) del modo in cui vengono trasmesse tali interazioni.
Non località quantistica e a-temporalità dello spazio fisico:
Per affrontare e interpretare la faccenda della non località, della strana forma di connessione delle particelle subatomiche a prescindere dalla loro distanza, in base alla ricerca del mio istituto il discorso può essere espresso anche in una maniera più sottile ed elegante (nonché feconda di ulteriori sviluppi nello studio del mondo fisico). Si tratta di basarsi su un punto di vista alternativo, rispetto a quello standard, circa il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali.
L’idea di partenza della nostra ricerca è la seguente. Sulla base della nostra percezione elementare, è oltre le nostre capacità stabilire se il tempo possa essere considerato un’entità fisica reale. Il trascorrere del tempo, infatti, non può essere percepito chiaramente come materia e spazio in modo diretto; noi possiamo percepire solo i cambiamenti chimici, fisici e biologici irreversibili della materia nello spazio fisico (cioè lo spazio in cui esistono gli oggetti materiali). Pertanto, se ci basiamo sulla nostra percezione elementare, possiamo concludere che il tempo esiste solo come flusso di cambiamenti materiali irreversibili che avvengono in uno spazio a-temporale. Il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali non è quindi lo spazio-tempo (questo ente fa parte dei modelli matematici dell’universo – in particolare, dei modelli atti a descrivere il livello esplicito - ma non dell’universo stesso): il teatro dell’universo, al livello fondamentale della realtà, è uno spazio a-temporale. Questo è un punto di vista diverso, e per certi versi può anche apparire eretico, rispetto a quello standard, ma è forse più corretto ed appropriato in quanto è più coerente con i fatti sperimentali (vale a dire con il fatto che non c’è nessuna evidenza empirica riguardo al movimento degli oggetti materiali nel tempo).
Ora, il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di gettare nuova luce sulla non località quantistica. La ricerca del nostro gruppo mostra che lo spazio fisico a-temporale consente di spiegare la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche, permette di spiegare perché e in che senso, per esempio, due particelle che provengono dalla stessa sorgente e che poi si allontanano, rimangono legate da un misterioso legame, perché e in che senso se noi interveniamo su una delle due, anche l’altra risentirà l’effetto istantaneamente a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse. Secondo le nostre idee, la connessione istantanea tra due particelle quantistiche quando sono a grande distanza può essere vista come un effetto dello spazio fisico a-temporale. Cioè, è lecito pensare che, al livello più profondo (cioè nell’ordine implicito), sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza, a farle comunicare istantaneamente. La comunicazione tra due particelle quantistiche è istantanea e non locale proprio perché, al livello fondamentale della realtà, è a-temporale e, come tale, non ha velocità. Insomma, visto che l’a-temporalità dello spazio è in grado di spiegare e riprodurre la non separabilità delle particelle subatomiche, nell’ambito della nostra ricerca noi intendiamo suggerire l’idea secondo cui l’ordine implicito introdotto da Bohm altro non è che lo spazio fisico a-temporale.
Inoltre, tenendo conto che nell’ambito della teoria di Bohm la non località quantistica (riguardante il livello fondamentale della realtà) è determinata dall’azione del potenziale quantico, la nostra visione apre la possibilità che ci sia una sorta di corrispondenza tra potenziale quantico e spazio fisico a-temporale, in particolare che il potenziale quantico possa essere interpretato come lo “stato” dello spazio fisico a-temporale in presenza di processi microscopici. Visto che il potenziale quantico di Bohm è il termine che permette di spiegare l’origine della non località quantistica, e visto che il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di rendere conto e riprodurre la trasmissione di una informazione istantanea, ne deriva che, quando si ha a che fare con un problema quantistico, è del tutto legittimo interpretare il potenziale quantico come lo stato di questo spazio fisico a-temporale. In definitiva possiamo dire che, se si considera un processo atomico o subatomico, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame.
In una teoria fisica completa, si può anche pensare che lo spazio fisico a-temporale includa tutti gli oggetti della fisica. La nostra visione apre la possibilità che lo spazio fisico a-temporale rappresenti l’anello di congiunzione di tutti i fenomeni osservati o previsti dalle varie teorie. A questo proposito, le diverse interazioni fondamentali, i diversi campi fisici possono essere interpretati come stati speciali dello spazio fisico a-temporale (e quindi dell’ordine implicito di Bohm interpretato in senso a-temporale) in determinate condizioni, in presenza di certe particelle materiali (e producono delle modifiche nelle proprietà dello spazio a-temporale stesso). Per esempio, in quest’ottica, il campo elettromagnetico creato nello spazio circostante da una particella carica può essere visto come lo stato dello spazio fisico a-temporale in questa determinata situazione.
Per affrontare e interpretare la faccenda della non località, della strana forma di connessione delle particelle subatomiche a prescindere dalla loro distanza, in base alla ricerca del mio istituto il discorso può essere espresso anche in una maniera più sottile ed elegante (nonché feconda di ulteriori sviluppi nello studio del mondo fisico). Si tratta di basarsi su un punto di vista alternativo, rispetto a quello standard, circa il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali.
L’idea di partenza della nostra ricerca è la seguente. Sulla base della nostra percezione elementare, è oltre le nostre capacità stabilire se il tempo possa essere considerato un’entità fisica reale. Il trascorrere del tempo, infatti, non può essere percepito chiaramente come materia e spazio in modo diretto; noi possiamo percepire solo i cambiamenti chimici, fisici e biologici irreversibili della materia nello spazio fisico (cioè lo spazio in cui esistono gli oggetti materiali). Pertanto, se ci basiamo sulla nostra percezione elementare, possiamo concludere che il tempo esiste solo come flusso di cambiamenti materiali irreversibili che avvengono in uno spazio a-temporale. Il teatro in cui avvengono i fenomeni naturali non è quindi lo spazio-tempo (questo ente fa parte dei modelli matematici dell’universo – in particolare, dei modelli atti a descrivere il livello esplicito - ma non dell’universo stesso): il teatro dell’universo, al livello fondamentale della realtà, è uno spazio a-temporale. Questo è un punto di vista diverso, e per certi versi può anche apparire eretico, rispetto a quello standard, ma è forse più corretto ed appropriato in quanto è più coerente con i fatti sperimentali (vale a dire con il fatto che non c’è nessuna evidenza empirica riguardo al movimento degli oggetti materiali nel tempo).
Ora, il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di gettare nuova luce sulla non località quantistica. La ricerca del nostro gruppo mostra che lo spazio fisico a-temporale consente di spiegare la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche, permette di spiegare perché e in che senso, per esempio, due particelle che provengono dalla stessa sorgente e che poi si allontanano, rimangono legate da un misterioso legame, perché e in che senso se noi interveniamo su una delle due, anche l’altra risentirà l’effetto istantaneamente a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse. Secondo le nostre idee, la connessione istantanea tra due particelle quantistiche quando sono a grande distanza può essere vista come un effetto dello spazio fisico a-temporale. Cioè, è lecito pensare che, al livello più profondo (cioè nell’ordine implicito), sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza, a farle comunicare istantaneamente. La comunicazione tra due particelle quantistiche è istantanea e non locale proprio perché, al livello fondamentale della realtà, è a-temporale e, come tale, non ha velocità. Insomma, visto che l’a-temporalità dello spazio è in grado di spiegare e riprodurre la non separabilità delle particelle subatomiche, nell’ambito della nostra ricerca noi intendiamo suggerire l’idea secondo cui l’ordine implicito introdotto da Bohm altro non è che lo spazio fisico a-temporale.
Inoltre, tenendo conto che nell’ambito della teoria di Bohm la non località quantistica (riguardante il livello fondamentale della realtà) è determinata dall’azione del potenziale quantico, la nostra visione apre la possibilità che ci sia una sorta di corrispondenza tra potenziale quantico e spazio fisico a-temporale, in particolare che il potenziale quantico possa essere interpretato come lo “stato” dello spazio fisico a-temporale in presenza di processi microscopici. Visto che il potenziale quantico di Bohm è il termine che permette di spiegare l’origine della non località quantistica, e visto che il carattere a-temporale dello spazio fisico è in grado di rendere conto e riprodurre la trasmissione di una informazione istantanea, ne deriva che, quando si ha a che fare con un problema quantistico, è del tutto legittimo interpretare il potenziale quantico come lo stato di questo spazio fisico a-temporale. In definitiva possiamo dire che, se si considera un processo atomico o subatomico, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame.
In una teoria fisica completa, si può anche pensare che lo spazio fisico a-temporale includa tutti gli oggetti della fisica. La nostra visione apre la possibilità che lo spazio fisico a-temporale rappresenti l’anello di congiunzione di tutti i fenomeni osservati o previsti dalle varie teorie. A questo proposito, le diverse interazioni fondamentali, i diversi campi fisici possono essere interpretati come stati speciali dello spazio fisico a-temporale (e quindi dell’ordine implicito di Bohm interpretato in senso a-temporale) in determinate condizioni, in presenza di certe particelle materiali (e producono delle modifiche nelle proprietà dello spazio a-temporale stesso). Per esempio, in quest’ottica, il campo elettromagnetico creato nello spazio circostante da una particella carica può essere visto come lo stato dello spazio fisico a-temporale in questa determinata situazione.
Conclusioni:
In virtù dell’analisi svolta in questo articolo, la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che esistano diversi livelli nella realtà fisica e che, nel livello più profondo, siano le onde associate alle diverse particelle a legarle tra di loro in una fitta rete, in una sorta di interezza continua. Mediante il dualismo oggettivo si aprono prospettive molto interessanti: al livello fondamentale, è possibile trattare in maniera simile le diverse interazioni fondamentali, visualizzando in modo causale l’origine del segnale responsabile di tali interazioni. Inoltre, in base alla ricerca del nostro gruppo, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche può essere vista come una conseguenza dell’idea che, al livello fondamentale della realtà, lo spazio fisico abbia un carattere a-temporale. E’ lecito pensare che, al livello più profondo, sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza: in presenza di processi microscopici, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame. Sotto questo punto di vista, si può concludere che il livello fondamentale della realtà non rappresenta altro che lo spazio fisico a-temporale (e le interazioni tra le varie particelle possono essere viste come stati speciali del livello fondamentale della realtà, inteso come entità a-temporale).
In virtù dell’analisi svolta in questo articolo, la non separabilità delle particelle subatomiche può essere spiegata sulla base dell’idea che esistano diversi livelli nella realtà fisica e che, nel livello più profondo, siano le onde associate alle diverse particelle a legarle tra di loro in una fitta rete, in una sorta di interezza continua. Mediante il dualismo oggettivo si aprono prospettive molto interessanti: al livello fondamentale, è possibile trattare in maniera simile le diverse interazioni fondamentali, visualizzando in modo causale l’origine del segnale responsabile di tali interazioni. Inoltre, in base alla ricerca del nostro gruppo, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche può essere vista come una conseguenza dell’idea che, al livello fondamentale della realtà, lo spazio fisico abbia un carattere a-temporale. E’ lecito pensare che, al livello più profondo, sia il carattere a-temporale dello spazio a trasmettere l’informazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza: in presenza di processi microscopici, lo spazio fisico a-temporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico, e questo produce una comunicazione istantanea tra le particelle in esame. Sotto questo punto di vista, si può concludere che il livello fondamentale della realtà non rappresenta altro che lo spazio fisico a-temporale (e le interazioni tra le varie particelle possono essere viste come stati speciali del livello fondamentale della realtà, inteso come entità a-temporale).
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Davide Fiscaletti © 2006
Davide Fiscaletti, fisico e scrittore
SpaceLife Institute, San Lorenzo in Campo (Pesaro)
SpaceLife Institute, San Lorenzo in Campo (Pesaro)
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