11. Limiti delle teorie

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A0([La teoria più  precisa e generale non sempre elimina le idee precedenti])
 A0 --> B1([Non esistono teorie in assoluto  giuste o sbagliate:  contano le scale e gli ordini di grandezza in gioco])
 B1 --> B2([Le teorie sono programmi di ricerca: vengono abbandonate solo le idee che non servono più a  niente])
 B2 --> B3([La relatività ristretta non ha fatto abbandonare completamente la relatività di Galileo])
 A0 --> C1([La relatività  generale non si applica al mondo microscopico ed alla struttura della materia])
 C1 --> C2([Non sappiamo nulla sulla Fisica vicino alla Lunghezza di Planck.])
 C2 --> C3([La  relatività generale non ha sostituito completamente la relatività ristretta e la gravità newtoniana])

Dove valgono le teorie fisiche

La teoria più precisa e generale non sempre elimina le idee precedenti

Ogni teoria ha il suo campo di applicazione in cui ha senso utilizzarla. La teoria più generale, e verificata con precisione dagli esperimenti, non sempre elimina l’utilità delle teorie precedenti, nei casi in cui sono una buona approssimazione a quella più recente e sofisticata.

Le teorie sono programmi di ricerca, vengono abbandonate solo le idee che non servono più a niente
Ad esempio la teoria dell’etere, l’ipotetico mezzo di propagazione delle onde elettromagnetiche, è stata abbandonata del tutto quando si è capito che lo spazio ed il tempo non sono assoluti, e le onde elettromagnetiche si propagano nello spazio vuoto.

Non esistono in assoluto teorie giuste o sbagliate ma contano le scale e gli ordini di grandezza

In generale non esistono teorie giuste e sbagliate, teorie vere o false, sono fesserie binarie da lasciare a filosofi e poeti. Ci sono solo contesti ed ordini di grandezza in cui ha senso applicare un modello teorico oppure un altro, scegliendo il più semplice per calcolare delle previsioni da confermare nella realtà, nei limiti degli errori sperimentali e della precisione nei conti.

La relatività generale non si applica nel mondo microscopico
La relatività generale è incompatibile con la moderna fisica quantistica, su quelle scale di lunghezza,
da 10⁻⁷ m a 10⁻²² m, la forza di gravità si può considerare praticamente nulla, è circa 10 ⁴⁰ volte più debole dell’interazione subnucleare forte.

Nel mondo microscopico, per alte energie ed interazioni fondamentali tra particelle elementari (elettromagnetismo, interazione debole, interazione forte), si usa solo la relatività ristretta.
A basse energie si usano comunemente la relatività di Galileo ed approssimazioni semiclassiche.

Non sappiamo nulla sulla Fisica vicino alla lunghezza di Planck.

La gravità quantistica avrebbe effetti rilevanti solo vicino alla lunghezza di Planck, circa 10⁻³⁵ m.
Ma sono lunghezze ed energie impensabili da raggiungere con la tecnologia attuale dell’umanità, mancano circa 15 ordini di grandezza (energie un milione di miliardi di volte più grandi di quelle che possiamo raggiungere). Ed in cui tutte le nostre idee sullo spazio, il tempo, la materia, l’energia probabilmente sono completamente sbagliate, forse anche molto prima di arrivare ad esplorare quel mondo.

Ci sono ipotesi teoriche e formalismi matematici per unificare quanti e gravità (teoria delle stringhe, gravità quantistica a loop), ma, essendo impossibili gli esperimenti su quelle scale di lunghezza/tempo/energia, non ci sono dati per confermare con certezza l’una o l’altra ipotesi.

La relatività generale non ha sostituito la relatività ristretta e la gravità newtoniana

La relatività generale si applica a fenomeni su larga scala come quelli dell’astrofisica (galassie, cosmo) per campi gravitazionali molto intensi (buchi neri, stelle massive).
Su scale più piccole e per campi gravitazionali più deboli basta ed avanza la relatività ristretta con la legge della forza di gravità di Newton.

La relatività ristretta non ha fatto abbandonare la relatività di Galileo

Allo stesso modo se le velocità in gioco sono piccole rispetto a quella della luce nel vuoto basta ed avanza la relatività di Galileo, con il suo tempo assoluto. Che tuttora si utilizza nelle ricerche più avanzate di fisica atomica, struttura della materia, fisica dello stato solido, in generale nei fenomeni di bassa energia.

Cit. in John Wheeler, Edwin Taylor - “Spacetime Physics”, cap. 3↩︎