Richard Feynman, il fisico divulgatore

Lo scorso 15 febbraio ricorreva il trentacinquesimo anniversario della morte di Richard Phillips Feynman, uno dei massimi fisici teorici del Novecento. Nato a New York nel maggio del 1918, Feynman è stato molto più che un accademico: lo omaggiamo ricordandone la vita, il genio, i contributi che ha dato alla fisica e alla divulgazione scientifica, nonché la personalità fuori dalle righe

Richard Feynman, ritratto in Figura 1, nacque nella comunità di Far Rockaway (New York), in una famiglia ebraica di origine polacca emigrata in America. Da bambino fu un “locutore tardivo”, ma dimostrò presto di avere una spiccata intelligenza, unita a una curiosità fuori dal comune [3]. In questo senso, suo padre Melville ebbe grande influenza: gli faceva leggere riviste scientifiche e lo incoraggiava a indagare sul mondo che lo circondava, ponendosi domande e focalizzandosi non tanto su ciò che conosceva quanto su ciò che ancora non conosceva [1]. Durante l’adolescenza, Feynman si dedicò all’analisi matematica e al calcolo differenziale da autodidatta. All’università studiò fisica, e nel 1939 si laureò al MIT (Massachusetts Institute of Technology). Tre anni dopo, ottenne il dottorato alla Princeton University. Nella sua tesi, introdusse un nuovo approccio alla meccanica quantistica, diverso da quello canonico e fondato sulla tecnica degli integrali di cammino. Oggi, questa tecnica è una pietra miliare della fisica teorica ed è largamente utilizzata. Nel 1945, accettò una posizione alla Cornell University; negli anni a venire, partendo dai lavori pionieristici dei suoi colleghi Dirac, Heisenberg, Pauli, Bethe…, Feynman si dedicò alla formulazione dell’elettrodinamica quantistica — o QED, dall’inglese quantum electrodynamics — la teoria che descrive le interazioni tra radiazione e materia includendo i principi della relatività ristretta. La QED ha superato innumerevoli test sperimentali, fornendo predizioni estremamente accurate; proprio per questo, è considerata da molti il “gioiello della fisica”. Nel 1950, venne nominato professore al Caltech (California Institute of Technology), dove restò in carica fino al termine della carriera.

Nel 1965, insieme ai suoi colleghi Julian Schwinger e Shin’ichirō Tomonaga, che avevano lavorato indipendentemente allo sviluppo della QED, Feynman venne insignito del Nobel per la fisica. Il suo commento, rilasciato in un’intervista alla BBC, ci dice molto della sua personalità, facendo luce sull’uomo dietro lo scienziato: “Non vedo per quale motivo” dichiarò “qualcuno dell’Accademia Svedese debba decidere se questo lavoro sia abbastanza nobile da ricevere il premio. Il premio l’ho già ricevuto. Il premio è il piacere della scoperta, il contributo alla ricerca, il fatto che la gente usa il mio lavoro. Sono queste le cose reali. Le onorificenze non sono reali, secondo me. Non credo nelle onorificenze” [3].

Semplificando all’estremo, in QED si mira a calcolare la probabilità che un determinato processo fisico avvenga. Lavorando alla sua formulazione, Feynman ebbe un’idea visionaria: associare dei grafi — detti diagrammi di Feynman — alle complicate espressioni matematiche che descrivono le interazioni tra le particelle coinvolte. A questo livello, non è possibile scendere nel dettaglio: la QED è una teoria molto avanzata, concettualmente quanto matematicamente, e gli stessi diagrammi di Feynman, anche se si presentano come schemi stilizzati, hanno per forza di cose un grado di complessità intrinseco, e per essere compresi a fondo richiedono un considerevole bagaglio di conoscenze pregresse. Tuttavia, possiamo farci un’idea intuitiva — e soprattutto visiva — di cosa sono. Per esempio, il diagramma in Figura 2 rappresenta un tipico processo di QED, ovvero una delle possibili interazioni tra un elettrone e un positrone (una particella identica all’elettrone ma con carica elettrica di segno opposto): l’elettrone e il positrone si annichiliscono e si formano un muone (una particella con carica elettrica negativa e una massa di circa 207 volte quella dell’elettrone) e un antimuone (una particella identica al muone ma con carica elettrica di segno opposto).

Usando delle regole, dette regole di Feynman, i fisici sono in grado di associare a un dato diagramma l’espressione matematica corrispondente, da cui è possibile risalire alla probabilità che il processo considerato avvenga. Così facendo, la trattazione è più agevole (e, con la dovuta esperienza, molto più intuitiva) rispetto a come sarebbe senza questa rappresentazione schematica: i diagrammi di Feynman sono uno degli esempi più emblematici di cosa può succedere quando una mente geniale si combina con la potenza delle immagini.

Durante la Seconda guerra mondiale (1939-1945), Feynman fu uno dei fisici coinvolti nel progetto Manhattan, con il quale il governo degli Stati Uniti mirava a costruire la prima bomba nucleare; a tal fine, vennero reclutati alcuni degli scienziati più brillanti dell’epoca. Benché inizialmente fosse riluttante all’idea, Feynman temeva che i tedeschi riuscissero a costruire la bomba per primi [5], e per questo motivo accettò di mettere il proprio cervello al servizio del progetto.
Non è affatto difficile immaginare il contrasto di emozioni che gli scienziati provarono il 16 luglio 1945, nel deserto della Jornada del Muerto, quando assistettero attoniti all’esplosione del primo ordigno nucleare, Figura 3: grazie ai loro sforzi, infatti, da quel momento in poi una tale forza distruttiva poteva essere scatenata nel mondo. “Si sollevò una grande palla arancione” scrisse Feynman in proposito “ondeggiò un po’, divenne nerastra ai bordi e si trasformò in un gigantesco pallone di fumo attraversato da lampi di fuoco” [5].

Più di quarant’anni dopo, il 28 gennaio 1986, nel cielo sopra il Kennedy Space Center, lo Space Shuttle Challenger si disintegrò 73 secondi dopo il lancio, portando alla morte dei membri dell’equipaggio, Figura 4. Tutti volevano una risposta: perché, in quel giorno insolitamente freddo per il clima della Florida, si era verificata una simile tragedia? Anche Feynman fu incluso nella commissione incaricata di occuparsi delle indagini; oltre all’indiscussa intelligenza, era l’unico membro realmente imparziale, poiché non aveva alcun interesse personale a favore o a sfavore del programma Shuttle [1]. Fu proprio lui a capire come l’accaduto fosse riconducibile a un problema delle guarnizioni usate per sigillare le giunture del motore del razzo.

Malgrado le pressioni e gli inviti al silenzio, Feynman non si fece scrupoli a schierarsi apertamente contro la NASA, accusando i manager dell’agenzia spaziale di essere stati negligenti. In diretta TV, dimostrò che le guarnizioni si comportavano male a basse temperature: ne immerse una in un bicchiere d’acqua ghiacciata, la estrasse e fece vedere chiaramente che tendeva a restare compressa. A causa di questa mancanza di elasticità, non poteva funzionare adeguatamente da sigillo e c’era un elevato rischio che si rompesse. “Per una tecnologia di successo” scrisse Feynman nel suo rapporto “la realtà deve avere la precedenza sulle pubbliche relazioni, poiché la natura non può essere ingannata” [2].

Richard Feynman era molto ironico e aveva uno straordinario senso dell’umorismo, che si dice abbia ereditato da sua madre [1]. Vi sono molti aneddoti che riflettono la sua personalità fuori dalle righe.
Era solito fare battute, scherzi e indovinelli. Durante il periodo trascorso nel Nuovo Messico per il progetto Manhattan, Feynman riempiva i momenti di noia scassinando le casseforti che contenevano i documenti segreti. Paragonava l’atto a un problema di matematica: servivano acume, metodo, dedizione, vari tentativi e molta pazienza [3]. Sempre in quel periodo, scrisse alla sua prima moglie Arline (che di lì a poco morì tragicamente di tubercolosi a soli venticinque anni, forse l’evento più triste nella vita di Feynman) che l’espansione decimale di 1/243 presentava una sequenza curiosa:

1/243 = 0,00411522633744…

L’anno accademico 1951-1952 fu particolare: decise di prendersi un anno sabbatico a Rio de Janeiro, in Brasile, là dove ballò, coltivò la sua passione per la musica — amava suonare i bonghi, Figura 5 — e partecipò al Carnevale [3].