“La materia non è l’unica componente fondamentale dell’universo”. Il fisico del CERN Guido Tonelli, Professore Emerito dell’Università di Pisa e ospite della Festa di Scienza e Filosofia al Palazzo Trinci di Foligno il 19 aprile 2026, ha descritto uno dei più importanti cambi di paradigma della fisica contemporanea, che trova le sue radici anche nello studio del vuoto. Noto per aver condotto con Fabiola Giannotti l’esperimento della scoperta del Bosone di Higgs, Tonelli ha mostrato che, a differenza del pensiero orientale, in Europa è sempre stato difficile studiare il vuoto e parlarne, dato che esso veniva associato al nulla, come nella filosofia greca. Gli unici pensatori che avevano valorizzato il vuoto furono Democrito ed Epicuro, i quali comunque lo concepivano solo come spazio in cui si muovono gli atomi, visione molto distante da quella della meccanica quantistica. Grazie alle scoperte scientifiche del Novecento il vuoto non è più visto come un nulla, ma come uno stato contenente molteplici fluttuazioni, dalle quali si produce materia e dalle quali è nato anche l’intero universo. Riguardo le nuove prospettive della fisica sul vuoto, che includono il possibile studio della struttura più profonda dello spazio-tempo, Guido Tonelli ha risposto ad alcune domande in un’intervista svoltasi qualche giorno prima del suo intervento a Foligno.
“Fino alla rivoluzione scientifica in età moderna si faceva fatica ad introdurre il vuoto fisico nel dibattito intellettuale. La difficolta descritta era dovuta anche a dei preconcetti culturali?”
Tonelli: “Sicuramente. Nella cultura europea, influenzata anche dal pensiero filosofico antico, il vuoto è sempre stato associato al nulla, al non ente, alla voragine che divora tutto. Ancora oggi, nonostante le nuove scoperte scientifiche, diamo al vuoto una valenza negativa in diverse espressioni colloquiali, come quando definiamo “vuoto” un discorso privo di contenuti. Galileo, Torricelli e Newton ebbero il merito di introdurre e valorizzare il vuoto nel dibattito scientifico dell’epoca, anche se bisognerà aspettare il Novecento per concepire il vuoto come un’entità attiva capace di generare materia e particelle. Come dedotto dai risultati delle equazioni di Einstein, nella teoria della relatività generale il vuoto e lo spazio-tempo risultano deformabili, conclusione che da un lato cambiava completamente la concezione tradizionale dello spazio-tempo, precedentemente considerate separate e astratte, e dall’altro descriveva il vuoto come un’entità materiale, comunque diversa dalla materia ordinaria. Con la meccanica quantistica si scopre che il vuoto, nonostante abbia energia, momento angolare e carica nulli, contiene svariate forme materiali in ebollizione, tra cui particelle che portano ai campi di aggregazione della materia stessa. Il vuoto paradossalmente non è un niente, ma è un pieno di possibilità, le stesse che hanno portato alla nascita del nostro universo.”
“Possiamo dire che le scoperte della meccanica quantistica sul vuoto abbiano sia ridimensionato il ruolo della materia come oggetto di studio, sia la sua concezione generale che avevamo in passato?”
Tonelli: “Senza dubbio possiamo affermare che questa sia stata la grande novità degli ultimi decenni. Spesso siamo ancora prigionieri dell’idea secondo cui la materia sia la componente fondamentale dell’universo. Noi umani siamo oggetti materiali, fatti di nuclei di protoni, di elettroni, di quark e di altre particelle elementari del modello standard, le stesse particelle di cui sono fatte le stelle e le galassie. Tuttavia, non possiamo dire lo stesso né dell’energia della materia oscura, né dello spazio-tempo dell’intero universo in cui essa è distribuita, il quale, pur essendo materiale, non è formato da particelle elementari o da atomi. In quanto forme di energia condensata sotto un corpo materiale, noi riusciamo a vedere il sole, ma non la struttura spazio-temporale che lo circonda, la quale permette il moto di rivoluzione terrestre e le altre dinamiche dell’universo. La comprensione della struttura microscopica della materia ci ha fatto fare enormi passi in avanti in termini di conoscenze e tecnologie, ma abbiamo ignorato per secoli l’altra componente dell’universo, che è proprio lo spazio-tempo. La grande sfida per la fisica contemporanea è proprio la comprensione della struttura più profonda dello spazio-tempo e delle leggi che la regolano, cosa che porterà alla nascita di nuove tecnologie che faranno impallidire quelle di cui oggi siamo più orgogliosi.”
“Scoprendo la struttura più profonda dello spazio-tempo potremmo unire relatività e meccanica quantistica in un’unica teoria?”
Tonelli: “È probabile che questo accada, anche se non abbiamo ancora la dimostrazione. Per ora nemmeno i geni più grandi come Einstein e Stephen Hawking sono riusciti in questo tentativo di unificazione. Forse la soluzione va cercata in quelle zone attorno o dentro ai buchi neri, in cui i fenomeni gravitazionali potrebbero assumere forme del tutto inusitate. Non siamo stati in grado di unire le altre forze con quella di gravità perché quest’ultima sulla terra è troppo debole e, di conseguenza, non è quantizzabile. Forse invece in quelle zone di cui parlavo prima la gravità potrebbe assumere quelle forme che ci permetterebbero di trovare delle componenti elementari, come granuli o micro-loop di spazio-tempo. Chiaramente queste sono solo delle ipotesi che illustrano la sfida dei prossimi decenni.”
“Come ha fatto l’universo, nato dal vuoto ad energia zero, a rimanere in uno stato di vuoto?”
Tonelli: “Questa fu una grande scoperta dell’astrofisica. Durante la seconda metà del Novecento, grazie al lancio di satelliti e all’utilizzo di strumenti di indagine della radiazione cosmica estremamente sofisticati, è stato possibile misurare l’energia totale dell’universo, che è collegata ad una geometria di stampo euclideo. L’universo, infatti, non è né a sella, né a sfera, ma è piatto. La misura confermata da vari esperimenti ci dice che l’universo è ancora ad energia nulla in quanto sistema chiuso. Si è scoperto quindi che un universo materiale nato da una fluttuazione quantistica di energia nulla può durare per più di 13 miliardi di anni. Il Big Bang fu a tutti gli effetti una trasformazione del vuoto, in cui da una sua minuscola fluttuazione venne estratta una piccola quantità di materia, che deformò una bollicina di spazio-tempo; grazie a questo processo le componenti materiali e spazio-temporali sono ancora in equilibrio. Per questa simmetria non possiamo estrarre un elettrone negativo senza un protone positivo, perché renderemmo il vuoto carico e non più a energia zero. La fisica contemporanea ha sicuramente un quadro piuttosto chiaro delle simmetrie e delle leggi di conservazione che dominano i processi che coinvolgono il vuoto.”
“La scoperta del bosone di Higgs ha cambiato il nostro modo di vedere la teoria del Big Bang?”
Tonelli: “Possiamo dire che l’abbia resa più dettagliata. Prima di questa scoperta non si capiva come potessero nascere particelle con masse diverse fra loro nei primi istanti dopo il Big Bang. Quando l’universo attraversò la temperatura critica di raffreddamento, il bosone di Higgs, ancora privo di massa come le altre particelle, si congelò acquisendo una massa, esattamente come tutti gli elettroni che attraversarono il campo che si venne a creare. Alcuni quark, ad esempio il top, avevano una massa così pesante da non poter creare nulla di permanente. Al contrario i quark up e down, essendo molto più leggeri, riuscirono a legarsi fra loro e a formare i protoni e neutroni che sono ancora dentro di noi e dentro le stelle, le piante e le nostre ossa. Con questo meccanismo abbiamo capito la produzione di materia persistente, che si è aggregata e che ha vissuto miliardi di anni attraversando l’evoluzione delle prime nubi di idrogeno, delle prime stelle e di tutto il resto che oggi conosciamo.”
“Come riportato nel suo saggio L’eleganza del vuoto, il vuoto è diventato indispensabile per realizzare dispositivi, chip e apparati diagnostici. Come è stata resa possibile l’applicazione di queste tecnologie?”
Tonelli: “Si parla di tecniche che vengono sviluppate a partire da un sistema che permette di realizzare il vuoto. Dall’esperimento di Torricelli, che rendeva possibile la realizzazione del vuoto in laboratorio, è nata l’idea di sviluppare varie tecnologie, tra cui le prime pompe meccaniche. Il vuoto più spinto realizzabile contiene ancora milioni di molecole di atomi residui, ma questo non ci impedisce di sviluppare una tecnologia dell’ultravuoto capace di farci fare cose incredibili; per esempio, i semiconduttori sono fortemente dipendenti dalle tecniche di controllo del vuoto. Non ci sarebbe nessun chip moderno se non fossimo in grado di fare deposizioni sottovuoto di strati sottili su silicio e su altri materiali. Se hai un vuoto ultra-spinto senza polvere o atomi che disturbano, tu puoi realizzare strutture nanoscopiche, come quelle a cui si si sta lavorando adesso. Tutto questo è possibile con la tecnologia del vuoto, che entra anche nei tubi a raggi x e nella risonanza magnetica. Si possono utilizzare superconduttori a bassa temperatura, che viene mantenuta solo se non si tiene aria a contatto, che farebbe perdere il vuoto. Le esplorazioni spaziali, le indagini sui materiali, l’industria biomedicale e i nuovi farmaci hanno tutte a che fare con il controllo spinto dell’ultravuoto ordinario, esattamente come gli acceleratori di particelle.”
“Lei spesso ha sostenuto la complementarità di filosofia e fisica. Ricollegandoci all’inizio dell’intervista, si può dire che, mentre la filosofia attribuisce concetti, la fisica con la ricerca sperimentale li rivede sotto un’altra prospettiva?”
Tonelli: “Credo che in realtà la faccenda sia ancora più complessa. Conoscendo bene la sua potenza, so che il metodo scientifico è stato ineguagliabile nel cercare i punti deboli delle nostre teorie e nel crearne di nuove che inglobassero le precedenti come casi particolari. Tuttavia, questo meccanismo è limitato soltanto alla natura. Quando abbiamo a che fare con le questioni umane, come il rapporto con noi stessi, con i nostri simili e con la comunità intera, la scienza non può dire nulla, perché ogni individuo è diverso da tutti gli altri. Non possiamo fare previsioni in termini scientifici che riguardino i meccanismi che regolano le nostre comunità, che vanno dalla politica all’economia; non si può modellare la reazione di un individuo o quella di un intero gruppo sociale. La scienza non può dire nulla sulla felicità, sulla riduzione delle diseguaglianze o sulla resilienza di una comunità e dei propri valori. Rispetto a cento anni fa io credo che sia ancora più importante il ruolo della filosofia nello studio degli infiniti errori commessi in passato che rischiamo di ripetere ancora oggi, specialmente di fronte ad un progresso tecnologico sempre più rapido, che può risultare in certi casi pericoloso. Pensiamo al rapporto che i ragazzini hanno con il cellulare, che, pur rimanendo un grande strumento, può produrre numerosi danni se non utilizzato nel modo giusto. I filosofi, assieme agli scienziati, possono essere in grado di indicare pericoli, lenire rischi e ferite e proporre cure per la comunità.”
Immagine di copertina:
Guido Tonelli durante il suo intervento alla Festa di Scienza e Filosofia a Foligno.
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