Molti conoscono Albert Einstein (1879-1955) o Isaac Newton (1643-1727), ma pochi sanno che l’architettura profonda della realtà in cui viviamo oggi è stata disegnata da Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906).
Se oggi accettiamo con naturalezza che tutto ciò che ci circonda sia fatto di atomi, dobbiamo ringraziare lui. Ma il prezzo che Boltzmann pagò per questa intuizione fu altissimo: la solitudine intellettuale e alla fine anche la vita.
La scommessa sugli atomi
Alla fine dell’800, la maggior parte degli scienziati (come l’influente Ernst Mach, 1838-1916, uno dei suoi principali detrattori) considerava gli atomi solo come ‘comodi modelli matematici’, non come oggetti reali. Boltzmann, invece, era convinto che gli atomi esistessero davvero. Per dimostrarlo egli fece un salto logico utilizzando la statistica: capì che non serve conoscere la traiettoria di ogni singola molecola per capire come si comporta un gas, ma basta calcolare la media dei loro urti. Da questi principi sviluppò quella che poi diventò la Meccanica Statistica.
Figura 1 – Schema della distribuzione statistica delle velocità delle particelle in un gas (fonte: Shutterstock)
L’Entropia e la ‘freccia del tempo’
Il suo capolavoro è la celebre formula scolpita sulla sua tomba a Vienna (Figura 2):
S = k log W
Questa equazione collega il mondo visibile (S, l’entropia) al mondo invisibile (W, il numero di modi in cui gli atomi possono disporsi).
Una interpretazione dell’entropia è asimmetria temporale emergente: spiega perché il tempo va solo in avanti, non per una legge della meccanica, ma per una questione di probabilità. Il calore passa da un corpo caldo a uno freddo semplicemente perché è statisticamente più probabile che l’energia si disperda nel disordine piuttosto che resti concentrata.
E analogamente per gli stati di configurazione che tengono insieme la materia. Ricordiamo tra i tanti il famoso esempio della tazza che si rompe in pezzi cadendo mentre non osserviamo i pezzi che si riuniscono spontaneamente per formare una tazza intera. Questo accade perché la tazza intera è uno stato a bassissima probabilità (molto ordinato); la tazza in frantumi è uno stato ad altissima probabilità (molto disordinato).
Boltzmann capì che l’intero universo è solo una gigantesca transizione verso lo stato più probabile.
Un genio incompreso, ancora oggi sottovalutato
Boltzmann fu ferocemente attaccato dai suoi contemporanei. Gli scienziati dell’epoca, legati a una visione più ‘continua’ della materia, lo deridevano. Questa opposizione implacabile, unita a un carattere incline alla depressione, lo portò al suicidio nel 1906, a Duino, vicino Trieste.
Proprio un anno prima, nel 1905, un giovane Albert Einstein aveva pubblicato un lavoro sul moto browniano che dimostrava che Boltzmann aveva ragione: gli atomi esistevano.
Egli fu il primo a capire che il disordine è il motore dell’universo, ha trasformato la fisica da una scienza di certezze a una scienza di probabilità. Senza il suo metodo statistico e la costante (k) che lo caratterizza, Max Planck (1858-1947) non avrebbe mai potuto dare inizio alla rivoluzione quantistica.
Boltzmann rappresenta il ponte che ha portato la fisica dall’era del vapore all’era dell’atomo e dell’informazione.
Figure 2 – Ludwig Boltzmann
