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Titolo: Questioni su riduzione da chimica a fisica da Dirac a oggi

Cercando informazioni sul legame tra chimica e fisica ho trovato interessante la parte finale di questo testo qui:
 
http://www.treccani.it/enciclopedia/la-seconda-rivoluzione-scientifica-fisica-e-chimica-completare-un-vecchio-lavoro_(Storia-della-Scienza)/
 
 
 
 
 
 
 
 
"Sia i fisici sia i chimici fornirono importanti contributi alle prime fasi di sviluppo della chimica quantistica ma con approcci e strategie di ricerca differenti. Essi non sempre si compresero e, in particolar modo in Germania, furono spesso antagonisti. London non aveva simpatia per l'approccio pi� pragmatico dei chimici, che egli giudicava primitivo e semplicistico; secondo il suo punto di vista i chimici usavano il concetto di valenza per visualizzare le forze molecolari, un espediente per eseguire calcoli dettagliati di meccanica quantistica, una sorta di illusorio modo di pensare. Egli scrisse: "il chimico � fatto di legno duro e ha bisogno di avere regole anche se queste sono incomprensibili" (Gavroglu 1995, p. 95). In un articolo del 1929, Dirac afferm� che la meccanica quantistica era in grado di spiegare tutta la chimica; Heitler e London condividevano quest'arrogante visione riduzionista di Dirac per cui la chimica non era altro che fisica applicata. 
 
Ovviamente i chimici non erano d'accordo con questa prospettiva, sostenuti nella loro posizione da alcuni dei pionieri della chimica quantistica, come Pauling e Mulliken, che consideravano sterile per la chimica l'atteggiamento dei riduzionisti."
 
 
 
 
 
 
Mi chiedevo pertanto quali sviluppi oggi sono avvenuti rispetto a questo articolo del 1929 dove Dirac affermava che "la meccanica quantistica era in grado di spiegare tutta la chimica" che di fatto vorrebbe dire che � possibile dare una spiegazione scientifica che usa esclusivamente il linguaggio della fisica ad ogni processo e fenomeno chimico, e che conoscendo soltanto questa spiegazione fisica da essa si potrebbe derivare la corrispondente traduzione in termini "chimici" di questi processi senza assolutamente alcuna perdita di informazioni. Se invece si negasse questo riduzionismo si dovrebbe ammettere che la spiegazione chimica contiene aspetti fondamentali che vengono perduti se si venisse a conoscenza solo di spiegazioni utilizzanti termini e concetti fisici. 
 
 
 
 
 
Volevo perci� sapere se questa concezione riduzionistica di Dirac � stata confutata o superata oppure se si pu� dire che solo alcuni aspetti della chimica possono essere conosciuti a partire soltanto da concezioni legate solo a termini e concetti di tipo fisico. Ho presente i campi della "Chimica computazionale" e della "Chimica quantistica" ma mi chiedevo se esse si potessero ritenere parte della fisica, dato che mi pare che assumano gi� come punto di partenza termini della chimica. Mi chiedevo peraltro se conoscete qualche testo o articolo che cerca di fare il punto su questo tema legato alle due discipline.
 
Ciao.

 discipline.
Mi sono posto il problema da vari anni, e anche se sono lontanissimo
dal conoscere in modo completo la letteratura sull'argomento, ti posso
segnalare due libri, anche se non recenti.
 
Popper: "L'io e il suo cervello" (Armando 1981) vol I pag. 26.
 
Hofstadter: "Goedel, Escher, Bach" (Penguin Books 1980)
(esiste anche una traduzione italiana, mi pare Adelphi).
La questione del riduzionismo � affrontata da Hofstadter in molti
punti del libro, ma la sua posizione � riassunta sinteticamente a pag.
522, dove enuncia "the reductionist Dilemma".
 
Mi permetto inoltre di segnalarti un mio scritto in proposito:
https://www.df.unipi.it/~fabri/sagredo/candela/candel41.pdf
 e
candel42.pdf.
(La mia posizione � vicina a quella di Hofstadter, mentre ritengo
sbagliata quella di Popper.)
 
 
-- 
Elio Fabri

 Elio Fabri
 
 
 
Letto anche questo testo (anche se prima di aprirlo il browser mi diceva "il certificato di sicurezza del sito non � affidabile", boh...) ma anche qui mi interessava proprio un caso concreto relativo alla riduzione di concetti chimici in fisici... Un testo o un esperto specializzato in questa area di intersezione tra chimica e fisica servirebbe proprio...
 
Ciao.

gia' alla doanda:
"perche' il fuoco va sempre
verso l'alto?"
si puo' stabilire una risposta
vera che sia solo fisica o solo chimica?
 
Filosoficamente quando separi
due materie diverse come fisica e
chimica esiste sempre un bordo
di contatto fra le due.
 
ciao
Massimo


Un po' generica come risposta per i miei gusti...
 
Comunque ho trovato qualche studio citato in questa voce sulla "philosophy of chemistry":
 
http://plato.stanford.edu/entries/chemistry/#RedMolSpeQuaMec
 
 
Ecco qui uno dei testi citati:
 
http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/scerri/pdf/PSA_94.pdf
 
 
Qualcuno di voi ha studiato direttamente questi temi di chimica computazionale? Mi piacerebbe sentire chi � pi� esperto di me sull'argomento...
 
Ciao.

 assumano gi� come punto di partenza termini della chimica.
 
??? non capisco cosa vuol dire "che assumano come punto di partenza 
termini della chimica". A che ti riferisci ?
 
Io sono un fisico ma conosco molto bene moltissimi chimici. Su tante 
tematiche ci possono essere differenze di punti di vista, preferenze per 
certi approcci piuttosto che altri, obiettivi diversi. Ma alla fine, sia 
le persone di formazione fisica, sia quelle di formazione chimica usano 
piu' o meno gli stessi strumenti concettuali, a volte organizzati 
diversamente, ma non mi viene neanche un caso di reale irriducibilit� di 
un sistema concettuale all' altro.
 
Posso citarti un esempio paradigmatico: verso la fine degli anni '70 del 
secolo scorso, i fisici computazionali dello stato solido optarono in 
massa per l' utilizzo della cosiddatta Teoria dell' energia funzionale 
della densita' (o piu' brevemente del funzionale della densita', in 
inglese Density Functional Theory) come base teorica per i calcoli di 
struttura elettronica, in quanto piu' accurata di Hartree-Fock ma piu' 
economica di calcoli di Configuration Interaction per sistemi estesi. 
Naturalmente la teoria e' applicabile anche a molecole o piccoli 
cluster. Su quel terreno per piu' di un decennio (anni '80) si 
manifesto' una frattura tra chimici e fisici. Poi, un po' il 
miglioramento delle approssimazioni e un po' l' interesse per metodi di 
calcolo efficienti convinsero la maggior parte dei chimici a considerare 
metodi DFT con minor sospetto. Oggi fanno parte dei ferri del mestiere 
sia di chimici sia di fisici.
Non solo. Ma l' utilizzo di questi metodi ha permesso di riformulare e 
rifinire concetti piu' propri della chimica come dare una definizione 
operativa dell' identita' di atomi individuali (compresa la loro 
struttura elettronica) all' interno di una molecola e altro ancora.
 
All' altro estremo troviamo l' utilizzo di modelli "elettrostatici" per 
atomi e molecole, dove la MQ e' soppiantata da modelli classici di 
interazione mediante contributi elettrostatici (cariche, dipoli, 
n-poli,...)  e questi modelli sono indifferentemente utilizzati da 
fisici e da chimici.
 
Tutto questo e' anni luce da polemiche o questioni di riduzionismo. Ed 
e' anche indicativo come in anni recenti il Nobel per la chimica sia 
andato ad un Chimico computazionale d.o.c. come Pope ma anche a un 
fisico come Walther Kohn (il padre della DFT).
 
Oggi nei dipartimenti di chimica o ingegneria chimica o fisica atomica e 
molecolare americani e della maggior parte delle universita' del mondo 
e' usuale trovare in stretta collaborazione e coabitazione fisici, 
chimici e ingegneri chimici. Ciascuno con le sue metodologie, linguaggi 
e background. Ma credo che nessuno di loro capirebbe questo discorso sul 
riduzionismo.
 
Giorgio

 arrivare a concetti fisici....
 
Affermativo. Anche se, ovviamente, scoprirebbe che alcuni di queti 
concetti sono meno netti di come originariamente introdotti nela 
letteratura chimica.
 
Giorgio
 


Ma in tal caso, non si dovrebbe affermare che la chimica � gi� totalmente "derivabile" a partire da termini del linguaggio della fisica? 
 
 
 
 
 
Insomma si potrebbe affermare che una persona che ha solamente conoscenze in fisica pu� derivare concetti di chimica come i doppietti elettronici, i legami chimici, la carica formale di un atomo nella molecola, l'elettronegativit�, la struttura tetraedrica della molecola di H2O, allo stesso modo con cui oggi una persona che conosce in modo approfondito solo l'elettromagnetismo pu� da esso derivare i principi particolari dell'ottica anche se non ha mai studiato quest'ultima? Faccio questo paragone perch� presuppongo da quello che conosco che l'ottica sia di fatto da tutti considerato un branco della fisica totalmente "riducibile" all'elettromagnetismo inteso come una delle quattro interazioni fondamentali. 
 
Poi avevo segnalato questo testo:
 
http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/scerri/pdf/PSA_94.pdf
 
 
 
che per� pare parlare di riduzione della chimica in particolare alla quantistica e dunque mi sembra che almeno per questo aspetto non consideri le altre ripartizioni della fisica.
 
Ciao.

 
 
Un po' generica come risposta per i miei gusti...
 
----------------
 
certo, non volevo approfondire troppo
ma il succo e' che la differenza
e' psicologica.
Ma forse nel post del Prof. Pastore
gia' si accenna a questo aspetto
del problema.
Sai, io guardo mia figlia crescere,
ora ha due anni....
non vedo chimica fisica o biologia.
Vedo mia figlia ed e' molto bello.
Perche' dovrei ridure quella meraviglia
a quella roba la'?
 
ciao
Massimo

 
http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/scerri/pdf/PSA_94.pdf
 
 
Letto velocemente. La prima sensazione e' che conferma quello che ti ho 
scritto: il problema del riduzionismo chimica/fisica sembra essere piu' 
un problema dei filosofi della scienza (di mestiere o aspiranti tali) 
che di fisici o chimici. Le informazioni specifiche contenute nell' 
articolo, al di la' dello sfoggio di formule (non particolarmente 
coerenti col discorso), non sembrano deporre per una  conoscenza diretta 
o aggiornata dell' argomento da parte di chi ha scritto l' articolo(*). 
E parlare di cio' di cui non si sa non lo ritengo utile per nessuno.
 
Giorgio
 
(*) Non parlo senza ragione. So che Scerri e' un chimico ma dalla sua 
lista di pubblicazioni deduco  che, anche se non e' il mio interesse 
centrale, ho fatto piu' calcoli io di struttura elettronica di quanti ne 
abbia fatti  lui.


 
Quest'ultima cosa � un po' difficile visto che la molecola di H2O non ha struttura tetraedrica (quello semmai � il metano).
 
 
 
In quanto alla domanda che poni la risposta per quanto mi riguarda � chiaramente negativa: non � successo in passato che la chimica sia stata derivata dalla fisica (lo indica la storia della scienza) e non � possibile ora, come � testimoniato dall'esistenza di due discipline distinte per finalit�, oggetto di studio, metodologie, bagaglio concettuale, peculiarit� formative dei rispettivi professionisti.
 
 
 
E' evidente che esiste, e non da ora, la chimica fisica, e che in alcuni settori specifici, come la strutturistica molecolare, fisici e chimici possono lavorare gomito a gomito in gruppi interdisciplinari, ma questo discorso non � sicuramente estendibile al due discipline intese nella loro globalit�.
 
Saluti,
Aleph
 
 
P.S.: Una curiosit�: come mai poni non di rado questioni parecchio obsolete (anche dal punto di vista filosofico la questione che hai sollevato risale almeno a Neurath e al Circolo di Vienna e a Neurath), ti interessi di storia della filosofia? 

 ti interessi di storia della filosofia?
Questa � una posizione curiosa: sembri dare per scontato che il
problema sia stato risolto una volta per tutte, dimenticando che la
scienza di oggi � assai diversa da quella di 80 anni fa.
Tra l'altro, il solo fatto che tu e Giorgio siete su posizioni cos�
diverse, mi pare dimostri che la discussione � tutt'altro che oziosa e
superata.
 
Scusate se sono stato sicuramente oscuro, ma non ho pi� tempo, almeno
per oggi.
 
 
-- 
Elio Fabri

 (Molto meno l'insegnamento, ma questo � un altro discorso.)
 
Non e' che non sia interessato anche ai problemi filosofici. Anzi. Solo 
che ho un' opinione molto alta della filosofia e non credo che le si 
faccia un buon servizio a utilizzare  esempi o problemi che potevano 
essere validi 20,30, 40 anni fa ma oggi molto meno. Sul problema 
generale del riduzionismo mi ritrovo completamente sulle tue posizioni 
almeno come espresse nelle "candele" 41  42. Non potrei diversamente sia 
per la mia lunga frequentazione di computer a vari livelli, sia per il 
mio interesse di base in ambito di ricerca (la meccanica statistica 
applicata agli stati disordinati, stato liquido in primis). Quale 
esempio migliore in fisica della possibilita' completa di  riduzionismo 
data dalla termodinamica statistica ma anche  della completa inutilita' 
a utilizzare la riduzione per descrivere su scala di dettagio atomica 
il comportamento di un sistema macroscopico ?
 
Dove c'e' una differenza di vedute e' nello status della chimica e 
neanche tutta ma solo quella tirata in ballo esplicitamente da 
multivac85 e cioe' la cosidetta chimica teorica. Li' non vedo proprio la 
problematica riduzionismo si/no/quale  come attuale. Vedo una situazione 
in cui c'e' (oggi, non 40 anni fa) una fortissima coincidenza di vedute 
e le differenze tra fisici e chimici sono pratiamente inesistenti.In 
questo settore le "finalit�, oggetto di studio, metodologie, bagaglio 
concettuale, peculiarit� formative dei rispettivi professionisti." di 
cui parla aleph io non le vedo significativamente diverse. In altri 
ambiti, 
p.es
. la biochimica,   i punti di vista di fisici e chimici 
possono differire maggiormente. Ma non se l' approccio rilevante e' 
quello della meccanica quantistica.
 
Giorgio

 (Molto meno l'insegnamento, ma questo � un altro discorso.)
 
io credo che l'insegnamento
scientifico debba rimanere
scientifico. Quando interviene
la filosofia ci si distrae dalla materia
o si comincia a vedere i professori
come vecchi dinosauri.
Meglio rispettare gli insegnanti
e intanto prendere il
pezzo di carta.
 
ciao
Massimo

 superata.
 
 
 
Su alcuni aspetti specifici, vedi appunto il rapporto tra fisica e chimica relativo allo studio delle configurazioni energetiche e strutturali delle molecole di cui parlava Giorgio, non discuto che si possano fare osservazioni interessanti e forse attuali, ma in generale (nel senso che ho precisato sopra) si tratta, come effettivamente �, di una teoria filosofica (il riduzionismo generalizzato intendo) obsoleto, roba dell'altro secolo.
 
Saluti,
Aleph

 e le differenze tra fisici e chimici sono pratiamente inesistenti. 
 
In rete si trova parecchio, con disomogenea qualit�, sull'argomento.
 
 
Come contributo alla discussione ho trovato questo sintetico intervento che mi trova vieppi� d'accordo e che secondo me illustra bene la fallacia di un generale approccio riduzionista. 
 
 
I came across the following quote by the Nobel Prize winning chemist William Lipscomb (think diborane, carbonic anhydrase) with which I generally concur:
 
 
"Chemistry is not 'physics with less rigor'. In chemistry there are discoverable guiding principles for systems which are too complex for a "first principles" approach. The nature of chemistry is very difficult to explain to most physicists, in my experience!"
 
 
 
 
 
 
In chemistry there are emergent phenomena that cannot be simply reduced to physics. One has to think at the level of molecules and not just atoms, especially for understanding chemical reactions. This is especially true for understanding biochemical reactions. Knowing about quarks won't directly help you to understand the structure of DNA but knowing about hydrogen bonds definitely will. Of course the same caveats apply to thinking about biology as 'applied chemistry'. The fact is that every science comes with its own set of fundamental laws. These laws are strictly reducible to 'lower-level' laws in a philosophical sense, but the lower-level laws don't directly lead to the higher-level fundamental ones. Thus, an understanding of the lower-level laws, no matter how thorough, does not automatically imply an understanding of the higher-level ones.
 
Saluti,
Aleph

 psicologia a biologia e cos� via...).
 
 
"Physics investigates the essential nature of the world, and
biology describes a local bump. Psychology, human psychology,
describes a bump on the bump."
                -- Willard Van Orman Quine
 
 
-- 
via AIOE

 knowing about hydrogen bonds definitely will....
 
Secondo me qui c'e' il punto focale delle divergenze di opinione. L' 
equazione  fisico="uno che sa tutto dei quark e niente del legame a 
idrogeno". E' un falso. O meglio, vero se per fisico si intende solo 
(gran parte de)i fisici che si possono incontrare al CERN. Ma la fisica 
non comincia e non finisce con l' indagine sulle alte energie 
(fortunatamente per tutti :-) ).
 
Un fisico che si occupa di particelle elementari sa di fisica e chimica 
dei legami molecolare piu' o meno quello che sa di circolazione 
atmosferica. Esattamente quanto  un chimico esperto di NMR conosce la 
chimica dei polimeri. Ma a questo punto direi anche come un chimico 
quantistico conosce l' elettrodinamica  o un fisico solare sa di 
molecole polari. Avranno studiato qualcosa di attinente a livello 
universitario ma non hanno  conoscenze sullo stato dell' arte per 
decidere se un riduzionismo tra fisica e chimica e' concepibile, 
impensabile o per caso non e' diventato un  problema obsoleto nel campo 
della descrizione fondamentale dei sistemi molecolari.
 
Giorgio

 alle due discipline.
 
 
Ciao,
riporto in maniera pi� completa il famoso passaggio di Dirac [Proc. Roy.
Soc. Lond. A, 73, 714 (1929)]:
 
The general theory of quantum mechanics is now almost complete, the
imperfections that still remain being in connection with the exact
fitting in of the theory with relativity ideas. These give rise to
difficulties only when high-speed particles are involved, and are
therefore of no importance in the consideration of atomic and molecular
structure and ordinary chemical reactions, in which it is, indeed,
usually sufficiently accurate if one neglects relativity variation of
mass with velocity and assumes only Coulomb forces between the various
electrons and atomic nuclei. The underlying physical laws necessary for
the mathematical theory of a large part of physics and the whole of
chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the
exact application of these laws leads to equations much too complicated
to be soluble. It therefore becomes desirable that approximate practical
methods of applying quantum mechanics should be developed, which can
lead to an explanation of the main features of complex atomic systems
without too much computation.
 
E' considerato profetico dei futuri sviluppi della chimica quantistica e
fisica della materia. Una discussione del passaggio � stata data per es.
dal chimico teorico W. Kutzelnigg in Theor. Chem. Acc., 103, 182 (2000).
La citazione � essenzialmente corretta, anche se non � vero come Dirac
scriveva che gli effetti dovuti alla relativit� speciale non siano di
alcuna importanza nella chimica e fisica della materia. E' bel noto che
propriet� fisico-chimiche di sistemi contenenti atomi pesanti (oro e
mercurio per citare i pi� noti) siano fortemente influenzate dalle
correzioni relativistiche. Le correzioni relativistiche negli atomi
leggeri sono chiaramente visibili spettroscopicamente (basti pensare
alla struttura fine dell'atomo di idrogeno) ma sono 'piccole'. In ogni
caso, visto che l'equazione d'onda relativistica che e' alla base di
TUTTA la chimica quantistica relativistica e' pure dovuta a Dirac, direi
che non sia il caso di criticare troppo questo punto
Bisogna inoltre ricordare il contesto storico negli anni 20; i chimici
avevano
gia' da tempo formulato le loro 'leggi' (=linee guida)
riguardanti il legame chimico (la cosiddetta valenza atomica), le
geometrie di equilibrio delle molecole, la tavola periodica ecc.
Dal punto di vista della meccanica classica o della vecchia
meccanica quantistica di Bohr-Sommerfeld non c'era modo
alcuno di descrivere il legame chimico.
Con la meccanica quantistica la situazione cambia radicalmente e
l'equazione di Schrodinger descrive correttamente il legame chimico e le
altre proprieta' chimiche, anche se calcolare direttamente tali
proprieta', o estrarre i concetti della chimica classica (l'immagine di
molecole a palline e bastoncini) dalle funzioni d'onda a molti corpi di
nuclei e elettroni non e' banale.
 
C'e' poi la questione del riduzionismo in generale, delle proprieta'
emergenti ecc., ma questo non ha particolarmente a che vedere con il
rapporto tra fisica e chimica. Per esempio, anche se l'equazione di
Schrodinger per l'atomo di idrogeno e per un solido formalmente e' (per
cosi' dire) la stessa, passando del sistema piccolo al sistema grande le
proprieta' (e con loro gli strumenti teorici e le astrazioni necessari)
cambiano molto. Per esempio lo spettro a microonde e infrarosso di un
atomo (che ha solo uno spettro elettronico) � completamente diverso da
quello di una molecola biatomica (che ha uno spettro rotazionale e
roto-vibrazionale); in una molecola con tre atomi ci sono nuove
propriet� non presenti affatto in molecole biatomiche, per esempio
quelle legate all'intersezione di superficie di energia potentiale (fase
geometrica). Con quattro atomi possiamo avere una molecola chirale e
quindi la possibilit� di avere enantiomeri. Quindi alcune propriet� di
una molecola con quattro atomi `non esistono' se consideriamo
solo quattro atomi isolati.
 
C'� un vecchio libro, che ho in parte letto molto tempo fa che potrebbe
interessarti:
Hans Primas, Chemistry, quantum mechanics and reductionism: perspectives
in theoretical chemistry. Springer-Verlag 1983
http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-642-69365-6
 
Lo stesso autore ha anche scritto vari articoli su temi simili, ad es.
http://philsci-archive.pitt.edu/951/1/Realism&QuantumMechanics.pdf
 
 
 
Ciao,
L.


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

 
 
 
Ecco, questo fatto dei concetti della chimica e fisica che non hanno unico concetto immutabile mi pare qualcosa di interessante, che avevo notato in thread di qualche tempo fa:
 
https://groups.google.com/forum/#!searchin/it.scienza.fisica/ridefinizioni$20di$20termini/it.scienza.fisica/a9CfxJ7KpcM/1W7xxN0hFZYJ
 
 
 
 
 
 
 
 
dove notavo che in fisica termini come "energia", "massa" e "quantit� di moto" sono state cos� spesso "ritoccate" anche in maniera molto forte, al punto che per� non � chiaro qual � la parte "essenziale" ad esempio del significato di "energia" che se viene modificata allora costringe a non usare pi� il termine "energia" o leggi dove compare il suo nome come "principio di conservazione dell'energia" se la si intende con tale modificazione di significato (allo stesso modo con cui ad esempio, un bicchiere resta un bicchiere non importa se trasparente, rosso, di plastica, di vetro, cilindrico o a parallelepipedo, mentre non si pu� pi� chiamare bicchiere se non ha un apertura da cui bere, se non ha una cavit� in cui mettere un liquido o se ha altri buchi da cui il liquido esce appena entra dall'apertura). Conseguenza di ci� sarebbe che questi termini si potrebbero usare sempre in futuro a prescindere da qualsiasi fenomeno empirico futuro rilevabile. 
 
 
 
 
Se davvero � presente questa mancanza di un vero "nocciolo immodificabile" del significato dei termini, da quello che ho capito comunque non d� affatto problemi per i fisici (del tipo accuse di dogmatismo e di usare teorie di fatto inconfutabili), dato che ogni definizione dei termini, e di conseguenza ogni legge fisica in fondo non si deve pensare come slegata dalle altre, ma semmai come interconnessa alle altre e ogni modifica e revisione di un singolo termine o legge influenza necessariamente anche altri termini e leggi. Insomma, le cose sono pi� complicate di quanto sembra.