Ant-Man, l’uomo formica ideato da Stan Lee, Larry Lieber e Jack Kirby, nel 2015 ha esordito al cinema con un film particolarmente interessante. L’identità reale del primo Ant-Man è quella di Hank Pym, brillante scienziato ed inventore di un gas miniaturizzante e del suo opposto, un gas che consente di ingrandire qualsiasi cosa, organica o inorganica.
Tra le abilità di Hank Pym ci sono anche la biologia e la cibernetica. Realizza infatti un casco che gli consente di comunicare con le formiche, dando loro degli ordini. Non a caso, la casa produttrice del film ha ingaggiato un consulente scientifico, il Dr. Spiros Michalakis, un fisico quantistico dell’IQIM (Institute for Quantum Information and Matter). Una aspetto sorprendente è dato dal fatto che prima di addentrarsi nei meandri della fisica quantistica, Michalakis ricorda che la scienza di Ant-Man coinvolge anche la fisica classica. Vediamone alcuni aspetti:
IL PROCESSO DI MINIATURIZZAZIONE
La strada verso la miniaturizzazione ha inizio con il rimpicciolire oggetti, in particolare degli strumenti di lavoro. Uno dei primi a ipotizzarla fu Robert Heinlein nel suo racconto del 1942 Waldo. Il protagonista e titolare del racconto è un genio che vive in orbita intorno alla Terra a causa di una malattia che gli rende insopportabile la gravità del pianeta.
Per costruire le sue invenzioni e successivamente risolvere un increscioso problema propostogli dalle istituzioni, Waldo costruisce e miniaturizza dei particolari bracci meccanici chiamati waldi.
Con un rapido percorso di passaparola non verificato che dovrebbe passare per Albert Hibbs, amico di Feynman e lettore di Heinlein, l’idea della miniaturizzazione degli strumenti di lavoro giunse proprio allo stesso Richard Feynman, che ne fa uno dei punti centrali della sua famosa conferenza del 1959.
E per quanto riguarda la miniaturizzazione degli esseri biologici? Molto probabilmente il primo esempio nella letteratura occidentale sono i cambi di dimensione della protagonista in Alice nel Paese delle Meraviglie di Lewis Carroll. Esempi più vicini all’Ant-Man di Lee, Lieber e King sono i film Dr. Cyclops del 1940, soprattutto The Incredible Shrinking Man del 1957 diretto da Jack Arnold e scritto da Richard Matheson
Mentre nel romanzo di Matheson il protagonista non cerca la miniaturizzazione, ma questa è un effetto collaterale di un contatto accidentale con una nube radioattiva, in The Man in the Ant-hill, storia d’esordio del personaggio, Hank Pym sta sperimentando un siero per la miniaturizzazione che proverà su se stesso.
L’idea di un siero in grado di rimpicciolire oggetti ed esseri viventi è, di per sé, piuttosto ingenua: nello spirito delle lezioni di Feynman, per ottenere tale risultato si dovrebbero ridurre incredibilmente gli spazi stessi tra gli atomi. Ora, se è stato possibile dimostrare che si possono sistemare atomi e molecole in modo da creare micro-motori perfettamente funzionanti, o addirittura nano-sculture, la miniaturizzazione di materiale biologico e in particolare di esseri viventi porterebbe a una serie di effetti collaterali abbastanza incresciosi, come una certa difficoltà respiratoria, o l’impossibilità a mettere a fuoco il mondo circostante con solo due occhi.
Se per un momento trascuriamo i risvolti biologici del rimpicciolimento (che potrebbero essere ovviati grazie alla tuta e al casco di Ant-Man), per impedire gli effetti esplosivi si dovrebbe intervenire sulle dimensioni stesse delle particelle elementari.
Come però ricorda Jim Kakalios, autore de La fisica dei supereroi, per modificare le particelle elementari stesse bisognerebbe intervenire sulle costanti fisiche e in particolare sulla costante di Planck. Modificare quest’ultima, infatti, influenzerebbe non solo le distanze caratteristiche delle particelle elementari, ma anche le dimensioni stesse delle stelle ed in generale dell’universo. Quindi risulterebbe necessaria una modifica locale della costante di Planck.
I CAMPI QUANTISTICI E LE PARTICELLE DI PYM
Proprio la costante di Planck, scoperta nel 1899 da Max Planck, è considerata il punto di partenza della rivoluzione introdotta nella fisica dalla meccanica quantistica. Il regno quantistico, che ritorna anche nel seguito di Ant-Man, è la versione cinematografica del “microverso”. Venne introdotto nel 1943 da Ray Cummings, la cui idea era semplice e affascinante: all’interno degli atomi esistevano altri mondi, proporzionalmente più piccoli.
La fascinazione della proposta di Cummings proviene evidentemente dal modello atomico di Niels Bohr, proposto da quest’ultimo nel 1913: secondo Bohr l’atomo di idrogeno era un piccolo sistema solare con al centro il protone di carica positiva e l’elettrone che ruota intorno al nucleo su orbite circolari. I raggi di queste orbite, però, erano ben definiti e i valori stabiliti da un’equazione che utilizzava numeri interi e la costante di Planck.
I successivi risultati sperimentali nello studio del comportamento delle particelle (tra cui gli elettroni ed i protoni) permisero ai fisici di sviluppare un modello dell’atomo più preciso: il mondo quantistico che emerse dopo le cure teoriche di Werner Heisenberg ed Erwin Schrodinger era decisamente non deterministico. In altre parole, la matematica che descriveva il mondo microscopico era prettamente di tipo statistico, o, come scoprì il matematico George Machie, si basava su una logica di tipo non booleano.
La logica classica, o booleana, è in effetti la logica a due valori che solitamente si studia a scuola (quando c’è il tempo), in cui una proposizione può assumere solo due valori, vero o falso (1 oppure 0). La ricerca nel campo della logica matematica, in particolare quella sulla dimostrazione di alcune congetture ritenute fondamentali, spinse i matematici a costruire o scoprire logiche differenti a quella booleana, come ad esempio quella a più valori, in cui a una proposizione viene assegnato un grado di verità costituito da un numero reale compreso tra 0 e 1. E questa è la logica alla base della meccanica quantistica, secondo cui, non possiamo mai veramente dire che un elettrone orbita attorno a un protone in un percorso definito. Piuttosto, un elettrone ha una certa probabilità di trovarsi in un luogo o nell’altro attorno al protone. La posizione di un elettrone non è definita, è fuzzy (sfumata), per via del principio di Indeterminazione di Heisenberg.
Michalakis ci avverte: “Se Ant-Man si riducesse a livello subatomico, entrerebbe in un reame di nulla, di non realtà. Tempo e spazio gli sarebbero aperti e indistinguibili. Potrebbe cambiare l’universo intorno a lui, in modo simile al Dr. Manhattan dei Watchmen e potrebbe viaggiare non solo nello spazio ma anche nel tempo.”
IL RUOLO DELLA MASSA
Così come l’Ant-Man dei fumetti, anche quello cinematografico riesce a comunicare con le formiche e gli insetti e, quando la necessità lo richiede, chiede loro un passaggio. Questo implica che il buon Ant-Man nel corso delle sue miniaturizzazioni riduce anche la sua massa. Ciò influenza in qualche modo anche il suo modo di combattere, e questa è la parte più semplice da rappresentare per gli autori del film.
Le grandezze fisiche da tenere a mente sono due, la quantità di moto, detta anche impulso, definita come il prodotto tra massa e velocità, e la forza, che può essere definita non solo come il prodotto tra la massa e l’accelerazione, ma anche come la variazione della quantità di moto nel tempo.
Ora, tra le leggi di conservazione con cui studiamo il moto, quella sulla conservazione della quantità di moto è quella che dobbiamo utilizzare per capire le possibilità di Ant-Man: infatti, mentre Ant-Man si lancia contro un bersaglio con la sua massa normale e si miniaturizza durante il volo, questo vuol dire che la massa diminuisce, ma poiché la quantità di moto resta costante allora la velocità dell’eroe aumenta considerevolmente. Poco prima di colpire il bersaglio, però, Ant-Man aumenta la sua massa, quindi la velocità si modifica, in particolare diminuisce. Questo vuol dire che l’eroe non dovrebbe avere nemmeno la forza di colpire il bersaglio, quindi come riesce ad atterrare il suo avversario di turno? Il segreto sta nel fatto che la forza è non solo il prodotto massa-accelerazione, ma è definibile anche come la variazione della quantità di moto nel tempo. Ora, nel caso di Ant-Man, a cambiare non è solo la velocità, ma anche la massa, quindi l’aumento di massa genera una forza che va nella direzione del moto e non nel senso opposto come quella dovuta alla decelerazione. E più veloce è l’ingrandimento di Ant-Man (ovvero più breve il lasso di tempo in cui aumenta le sue dimensioni), maggiore è la forza che gli permette di colpire il bersaglio contro cui si getta.
E se invece lascia invariate le sue dimensioni? La forza con cui colpisce il bersaglio dipende dalla velocità acquisita dopo la miniaturizzazione e dalla durata dell’urto contro il bersaglio. Anche in questo caso minore è il tempo, maggiore la forza. I danni che produce, invece, dipendono dalla pressione esercitata dall’eore. Questa grandezza fisica è definita come il rapporto tra la forza applicata e la superficie di applicazione, quindi minori sono le dimensioni di Ant-Man e maggiore è la pressione in grado di esercitare sul bersaglio. L’eroe, però, riesce a rompere il bersaglio solo se la pressione che esercita supera quella massima che il bersaglio è in grado di sopportare.
Questo vuol dire che se Ant-Man non aumentasse le sue dimensioni poco prima di colpire un avversario, il rischio di diventare letale quanto una pallottola sarebbe piuttosto alto.
