I Tanti Sogni di Freeman Dyson

di Luigi Mariani e Gianluca Alimonti

Il 28 febbraio scorso, alla veneranda età di 96 anni, è scomparso il grande fisico Freeman Dyson. Figura di scienziato geniale e anticonformista, costituisce un esempio per chiunque si occupi di scienza. Lo scritto commemorativo che vi proponiamo è in gran parte la traduzione del bellissimo scritto commemorativo disponibile sul sito dell’Institute for Advanced Studies – IAS.

Freeman J. Dyson, fisico teorico e scrittore, che con uno spirito unico ha abbracciato la straordinaria diversità dell’universo, è morto il 28 febbraio 2020 in un ospedale nei pressi di Princeton – New Jersey all’età di 96 anni. Dyson ha generato intuizioni scientifiche rivoluzionarie, tra cui calcoli che collegano il mondo quantistico e quello umano. I suoi contributi scientifici sono apprezzati in numerosi settori, tra cui l’ingegneria nucleare, la fisica dello stato solido, il ferromagnetismo, l’astrofisica, la biologia e la matematica applicata.

Freeman John Dyson era nato il 15 dicembre 1923 a Crowthorne, nel Berkshire, nel Regno Unito. Suo padre era il musicista e compositore Sir George Dyson; sua madre, Mildred Lucy Atkey, avvocato e assistente sociale. Dyson è sopravvissuto alla moglie Imme ed ha avuto 7 figli (Esther, George, Dorothy, Emily, Mia, Rebecca e Katarina) e 16 nipoti.

ALCUNE TESTIMONIANZE

“Nessuna vita è più intricata e difficile da catturare: architetto della moderna fisica delle particelle, matematico, sostenitore dei viaggi nello spazio, dell’astrobiologia e del disarmo, futurologo, eterno studente, sempre pronto a ribellarsi alle idee preconcette comprese le proprie, saggista riflessivo e per tutto il tempo saggio osservatore della scena umana“, ha affermato Robbert Dijkgraaf, direttore IAS e professore Leon Levy. “Il suo segreto consisteva semplicemente nel dire ‘sì’ a tutto nella vita, fino alla fine. Siamo benedetti e onorati che Freeman, Imme e la loro famiglia abbiano fatto dell’Istituto la loro casa. Sarà così per sempre.”

“Freeman Dyson ha dato un contributo fondamentale in una varietà incredibilmente ampia di campi in fisica e matematica“, ha dichiarato Edward Witten, professore di Charles Simonyi presso la School of Natural Sciences. “I suoi contributi erano così ampi che è praticamente impossibile per una persona riassumerli adeguatamente. L’elettrodinamica quantistica, la meccanica statistica quantistica, l’approssimazione delle serie diofantine e gli insiemi di matrici casuali sono solo alcuni dei campi ai quali Freeman ha contribuito al massimo livello. Ma davvero, ha lasciato il segno quasi ovunque.”

LA BRILLANTE CARRIERA SCIENTIFICA

Nel 1941, al Trinity College di Cambridge, Dyson studiò fisica con Paul Dirac e Arthur Eddington ed ebbe come modello intellettuale il famoso matematico inglese G.H. Hardy, che aveva precedentemente guidato il prodigioso matematico Srinivasa Ramanujan. Come matematico, Dyson ha pubblicato articoli sulla teoria dei numeri, l’analisi e la topologia algebrica, sviluppando il concetto noto come “trasformazione di Dyson” come parte della sua dimostrazione del teorema di Mann, che funge da tecnica fondamentale nella teoria additiva dei numeri.

“Freeman Dyson era veramente un pensatore libero, nel senso che non c’erano assolutamente limiti a ciò che era disposto a immaginare, senza alcun limite legato alla complessità, al politically correct, alla portata e al tempo“, ha affermato Charles Simonyi, presidente del consiglio di amministrazione IAS. “I suoi pensieri, proprio come l’universo che stava esplorando, ed espressi nel titolo di uno dei suoi numerosi libri, erano davvero Infiniti e in tutte le direzioni“.

“Un matematico, fisico, scrittore ed esploratore, che non ha mai avuto paura di esprimere la propria opinione, Freeman ha incarnato i valori dello IAS e, soprattutto, ha rappresentato i principi che tutti i grandi scienziati aspirano a sostenere“, ha dichiarato Jim Simons, fiduciario dell’emerito IAS ed ex Membro della School of Mathematics. “Freeman è stato un modello meraviglioso, che ha fatto emergere il meglio in tutti coloro che lo circondavano. Ci mancherà molto.”

Durante la seconda guerra mondiale, Dyson ha lavorato per due anni come ricercatore civile conducendo ricerche operative per il Comando Bombardieri della Royal Air Force. Si è quindi iscritto all’Università di Cambridge ove si è diplomato in matematica nel 1945. Grazie a una borsa di studio del Commonwealth, nel 1947 giunse alla Cornell University, dove continuò a concentrare il suo acume matematico nel campo della fisica teorica, proseguendo il suo lavoro di laurea con Hans Bethe e Richard Feynman.

Nella primavera del 1948, Dyson accompagnò Feynman in un favoloso viaggio che culminò in una delle scoperte più notevoli della fisica del 20° secolo. Dopo essere stato immerso nel lavoro di Feynman per mesi e aver trascorso sei settimane ascoltando le idee di Julian Schwinger ad Ann Arbor, Dyson è stato in grado di dimostrare l’equivalenza delle loro due teorie concorrenti sull’elettrodinamica quantistica (QED), che descrive come la luce e la materia interagiscono. Dyson ha ricordato il momento della scoperta come un “lampo di illuminazione sull’autobus Greyhound”. Ha viaggiato da solo per più di 48 ore, dirigendosi a Princeton, New Jersey, per iniziare la sua prima iscrizione all’Institute for Advanced Study.

L’articolo fondamentale che delinea la scoperta di Dyson fu pubblicato da The Physical Review nel 1949 con il titolo “The Radiation Theories of Tomonaga, Schwinger e Feynman“. Nel lavoro affrontava un tema centrale per la fisica e lo risolveva con un approccio matematico del tutto originale.  Le intuizioni di Dyson – che sono una vera e propria stele di Rosetta della fisica – hanno fornito una comprensione più precisa delle particelle subatomiche coerenti con la meccanica quantistica e la relatività speciale, hanno consentito il primo utilizzo dei diagrammi di Feynman nel calcolo delle ampiezze di scattering e hanno mostrato come il QED perturbativo potesse essere logicamente compreso. Peraltro Shinichirō Tomonaga, Julian Schwinger e Richard Feynman ricevettero congiuntamente il Premio Nobel per la fisica nel 1965 per il loro lavoro in quest’area.

Su invito di J. Robert Oppenheimer, il direttore più longevo dell’Istituto, Dyson è entrato per la prima volta nello IAS nel 1948 e vi è di nuovo tornato nel 1950. L’anno seguente, accettò un’offerta di professore ordinario Università Cornell. Dyson fu invitato per la terza volta a IAS nel 1953 con un incarico permanente e si unì a un gruppo dei migliori fisici e matematici del secolo, fra cui Albert Einstein, Kurt Gödel, Tsung-Dao Lee, Deane Montgomery, Marston Morse, Abraham Pais, Carl Ludwig Siegel, Atle Selberg, Oswald Veblen, John von Neumann, Hermann Weyl e Chen Ning Yang.

L’Istituto ha offerto a Dyson la libertà e la flessibilità che gli consentirono di seguire la sua curiosità verso nuove aree e campi che lo interessavano. Nel 1956, Dyson iniziò un’associazione di tre anni con la General Atomic, dove lavorò per progettare un reattore nucleare che sarebbe stato intrinsecamente sicuro, o, come diceva il collega Edward Teller, “non solo a prova di idiota, ma a prova di PhD“. Il reattore TRIGA è ancor oggi in produzione ed è utilizzato principalmente dagli ospedali per scopi di medicina nucleare.

Nel 1958, si congedò dall’Istituto e si trasferì a La Jolla, in California, per unirsi al “Progetto Orion” della Generale Atomic, lavorando con quaranta scienziati per progettare un’astronave spinta da energia nucleare e in grado di guidare un’onda di impulsi nucleari controllati nello spazio profondo. Dyson ha ricordato i quindici mesi trascorsi nel progetto di breve durata come “il più eccitante e per molti aspetti il ​​più felice della mia vita scientifica”. L’ambizioso progetto aveva messo gli occhi su “Marte nel 1965, Saturno nel 1970”.

LA PARTECIPAZIONE AL DIBATTITO PUBBLICO

Dyson è stato coinvolto nel dibattito pubblico sul trattato di divieto dei test nucleari e sull’opportunità o meno di fare un’eccezione ai fini della sperimentazione. Nel 1960, è stato eletto nel consiglio della Federazione degli scienziati americani e due anni dopo è stato scelto come presidente. Da questo incarico, divenne un efficace sostenitore della creazione dell’Agenzia per il controllo degli armamenti e il disarmo, che esistette fino al 1999 quando fu fusa con il Dipartimento di Stato degli Stati Uniti. Il lavoro di Dyson con questa agenzia di recente creazione gli ha offerto maggiori opportunità di esaminare le potenziali conseguenze di una guerra nucleare. Concludendo che ulteriori test nucleari erano “tecnicamente sbagliati, militarmente sbagliati, politicamente sbagliati e moralmente sbagliati”, Dyson ha testimoniato davanti al Senato degli Stati Uniti a favore del trattato sul divieto dei test nucleari nel 1963.

DYSON SCRITTORE E DIVULGATORE

Dyson ha continuato a educare il pubblico su importanti questioni scientifiche, diventando un docente molto ricercato e frequente collaboratore di pubblicazioni scientifiche popolari su una vasta gamma di argomenti, tra cui il rapporto tra scienza e religione, la potenziale colonizzazione del sistema solare, lo sfruttamento dell’’energia delle stelle e i cambiamenti climatici. Nel passare da scienziato a scrittore Dyson si era ricordato del consiglio del matematico G.H. Hardy secondo il quale “I giovani dovrebbero dimostrare teoremi, i vecchi dovrebbero scrivere libri. “Così nel 1975 decisi di seguire l’esempio di Hardy. Come Hardy, non ho smesso del tutto di dimostrare i teoremi, ma la mia produzione di teoremi è gradualmente diminuita con l’aumentare della mia produzione di libri. Ho scoperto, come Hardy, che l’arte di intrecciare frasi in una storia può essere creativa come l’arte di intrecciare idee in un teorema.”

Dyson ha prodotto un flusso costante di libri per il pubblico scientificamente curioso. Disturbing the Universe (1979) è una galleria di ritratti di persone che aveva conosciuto durante la sua carriera di scienziato. Weapons and Hope (1984), che ha vinto il National Book Critics Circle Award per la saggistica nel 1984, è uno studio sui problemi etici della guerra e della pace. Infinite in All Directions (1988) è una meditazione filosofica basata sulle lezioni di teologia naturale di Dyson Gifford tenute all’Università di Aberdeen in Scozia. Origins of Life (1986) è la riflessione su uno dei principali problemi irrisolti della scienza. Da Eros a Gaia (1992) è una raccolta di saggi e conferenze, che inizia con una storia di fantascienza scritta all’età di nove anni e termina con una rapina a Washington all’età di cinquantaquattro anni. Imagined Worlds (1997) è la versione modificata di una serie di lezioni tenute nel 1995 all’Università ebraica di Gerusalemme sul destino, la letteratura e la scienza umana. The Sun, the Genome and the Internet (1999) discute la questione di come la tecnologia moderna possa essere utilizzata per ridurre il divario tra ricchi e poveri piuttosto che allargarlo. The Scientist as Rebel (2006) è una raccolta di recensioni e saggi di libri, per lo più pubblicata nella New York Review of Books. A Many-coloured Glass: Reflections on the Place of Life in the Universe (2007) è una versione modificata di una serie di lezioni tenute nel 2004 presso l’Università della Virginia. Maker of Patterns (2018) è un racconto autobiografico della vita di Freeman attraverso le lettere scritte ai genitori.

RICONOSCIMENTI SCIENTIFICI

Per il suo contributo alla scienza, alla matematica e alle politiche pubbliche, Dyson è stato onorato con oltre venti lauree honoris causa ed è stato eletto in numerose Società scientifiche, fra cui la Royal Society e la National Academy of Sciences. Tra i riconoscimenti attribuiti a Dyson figurano il Robert Heinlein Memorial Award (2018) della National Space Society, il Premio Henri Poincaré dell’International Mathematical Physics Congress (2012), il Templeton Prize for Progress in Religion (2000), il Premio Enrico Fermi del Dipartimento statunitense di Energy (1995), la Oersted Medal dell’American Association of Physics Teachers (1991), il Wolf Prize in Physics (1981), l’Harvey Prize (1977), la Max Planck Medal della German Physical Society (1969), gli Hughes Medal of the London Royal Society (1968), la Lorentz Medal della Royal Netherlands Academy (1966) e il Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics dell’American Institute of Physics (1965).

Ricordiamo anche che Dyson diceva di non aver mai potuto ambire al premio Nobel perché non aveva avuto la costanza di dedicarsi per 10 anni a un singolo problema.

DYSON E IL GLOBAL WARMING

Qui di seguito si riportano alcune delle risposte che Dyson dette al giornalista Scott Simon che discuteva con lui del suo libro Dreams of Earth and Sky.

Perché è scettico sul riscaldamento globale?

“Quello che vorrei sottolineare è che molte azioni umane passibili di rilevanti effetti ecosistemici hanno poco o nulla a che vedere con il clima. L’anidride carbonica che stiamo producendo ed immettendo in  atmosfera in grandi quantità è un ottimo fertilizzante per tutti i tipi di vegetazione, il che si rivela positivo per la fauna selvatica e per la produzione agricola. Tali aspetti sono da considerare insieme agli effetti sul clima, che sono assai meno certi rispetto ai vantaggi. Pertanto siamo di fronte ad una questione di equilibrio nelle valutazioni. In sostanza debbo dichiararmi scettico in quanto non credo che nella scienza del clima sia tutto chiaro. Purtroppo molti esperti credono oggi di aver capito, mentre non è da escludere che abbiano fra le mani la risposta sbagliata.

E’ naturale che il clima mi preoccupi e tuttavia oggi non sappiamo molto circa le cause di tali fenomeni. Ad esempio non sappiamo con certezza se il clima sia stato più variabile di quanto sia uso essere oggi. Voglio dire che i disastri peggiori si sono verificati nelle ere glaciali e nessuno ha un’idea chiara delle reali cause delle ere glaciali. Quindi non sto dicendo che i disastri climatici non siano reali; sto solo dicendo che non sappiamo come prevenirli.

Quali raccomandazioni per il futuro?

Direi che una delle prime cose che dovremmo cercare di fare è quello di sbarazzarci della povertà, delle miseria umana. Quando le persone sono povere, non possono prendersi cura della natura che li circonda. Mirano solo a sopravvivere come meglio possono ed in tal senso la gente più povera può anche esser la più distruttiva. Quindi direi che affrontare il tema della povertà è qualcosa di molto positivo e dovremmo già essere intenti a farlo. Problemi che dobbiamo altresì affrontare prioritariamente sono quelli della conservazione dell’ambiente, della tutela della fauna selvatica. Tutti problemi che dobbiamo affrontare e di questi il clima è uno, e neppure il più urgente. 

In sintesi Dyson riteneva che il riscaldamento globale fosse causato dall’aumento di CO₂, ma riteneva altresì che alcuni degli effetti di ciò fossero favorevoli e non sufficientemente presi in considerazione dai climatologi, come l’aumento delle rese in agricoltura. Era scettico sui modelli di simulazione utilizzati per prevedere i cambiamenti climatici, sostenendo che gli sforzi politici per ridurre le cause dei cambiamenti climatici distraggono da altri problemi globali che dovrebbero avere la priorità. Ha anche firmato la Dichiarazione mondiale sul clima secondo la quale “non esiste un’emergenza climatica” (https://clintel.org/world-climate-declaration/).