Universo#6

Iniziamo questa puntata di approfondimento sulla natura dell’universo con una domanda che può apparire fuori luogo: perchè il cielo di notte è scuro? In pochi ci pensano ma dalla risposta deriva una grande verità. All’inizio dell’800 se lo chiese anche l’astronomo tedesco Heinrich Wilhelm Olbers: con l’universo infinito e pieno di infinite stelle il cielo sarebbe dovuto essere zeppo di luce di stelle e non scuro. Fu stranamente uno un letterato, Edgar Allan Poe a mettere in dubbio che l’universo fosse infinito proprio perchè la notte era scura. Era il 1848 e nessuno scienziato gli credette.

Non è eterno!

A. Einstein

Ma ai primi del ‘900 Einstein presentò la sua Relatività Generale ma notò che le sue equazioni non gli permettevano un’universo statico, in equilibrio, cioè come quello considerato da tutto il mondo scientifico di allora. Cercò quindi salvare capra e cavoli aggiungendo  un “fattore di correzione”( lambda, la costante cosmologica) ma così l’universo diventava troppo instabile. Mentre Einstein pensava di aver sbagliato, altri due scienziati, indipendentemente l’uno dall’altro, avevano preso invece molto sul serio l’idea di un universo in espansione derivato dalle equazioni della relatività.

Erano fisico russo Alexander Friedman ed il prete, fisico ed astronomo belga Georges Edouard LamaÎtre. Ambedue misero nero su bianco la loro idea di un universo in espansione, ma di fatto solo il secondo potè difendere la nuova teoria in quanto il primo morì pochi anni dopo.  Erano gli anni della diffusione della prima spettrofotrometria in astronomia e si discuteva su cosa potesse significare la scomposizione in “bande degli spettri” della luce degli astri. Alcuni ritenevano che potessero manifestare avvicinamento od allontanamento di un corpo celeste. LamaÎtre ed altri scienziati erano convinti che le galassie si allontanassero l’una dall’altra, provocando una espansione del cosmo nel suo complesso. Nonostante mancassero le prove, il belga presentò ad Einstein nel 1927 a Bruxelles, nell’ambito della conferenza di Solvay, la prima formulazione di quella che presto sarebbe diventata la Legge di Hubble ed utilizzò le stesse equazioni  einsteniane a sostegno della teoria dell’espansione dell’universo. Einstein rimase scettico e rispose: «I tuoi calcoli sono corretti, ma la tua comprensione della fisica

G. Lamaitre

 è abominevole». Il fisico tedesco, formatosi in ambiente illuministico ottocentesco, non poteva accettare un universo con un inizioe nel loro secondo incontyro gli confessò: «Questa faccenda assomiglia troppo alla Genesi, si vede bene che siete un prete». Ma che il prete avesse ragione lo si capì nel 1929 quando Erwin Hubble dimostrò che il red shift, lo spostamento spettrometrico verso il rosso delle galassie, era frutto del loro velocità di allontanamento (recessione) proporzionale alla distanza dall’osservatore, come diceva LamaÎtre. Quest’ultimo potè quindi con un articolo su Nature intitolato “L’inizio del Mondo” presentare la teoria che chiamò dell’ “Atomo primordiale“, riconosciuta nel 1933 da Einstein stesso “la più bella e soddisfacente spiegazione della creazione che abbia mai sentito». Oggi la teoria è conosciuta col dispregiativo di Big Bang affibiatole dal suo più tenace oppositore, Fred Hoyle.

La risposta al perchè il cielo è buio era ormai chiara: l’universo, finito ed in espansione, non permette agli astri di (numero finito) di saturare la volta celeste ed alla luce “visibile” degli corpi celesti più lontani di raggiungerci, essendo essa “spostata” nell’invisibile infrarosso dalla “recessione”.

Tutto dal nulla

Ma  il “Big Bang” aveva anche enormi conseguenze filosofiche, la più rilevante è l’insinuazione del dubbio che tutto venga dal nulla: l’astrofisico  sir Arthur Eddington dovette convenire che «L’inizio dell’universo sembra presentare difficoltà insormontabili se non siamo d’accordo a guardare ad esso come un atto francamente soprannaturale» (The Expanding Universe, 1933, p.124). E così la teoria venne bandita in tutto il “blocco comunista” mentre in Occidente fu tanto avversata da affermarsi definitivamente solo nel 1964 (due anni prima della morte di LamaÎtre) grazie alla scoperta della “radiazione di fondo” , una sorta di “traccia fossile” dei catastrofici momenti iniziali del cosmo. Oggi il Big Bang è parte integrante del “modello standard”. Tale modello prevede che, andando a ritroso nel tempo in un universo che si espande, troveremmo fasi in cui in esso gli astri avevano una concentrazione maggiore, fino ad arrivare al più antico  attimo indagabile dalla scienza (a circa 10-46s dall’inizio), in un punto piccolo circa 10-35m ( 0, 35 zeri e poi 1 metri)  in cui le leggi della fisica divengono inutili (energia, temperatura e curvatura infinita). Tale evento si sarebbe verificato 13,7 miliardi di anni fa. Da quel momento in poi nacque e si sviluppò l’universo che conosciamo e con lui il secondo problema filosofico: il fine tuning. Per introdurlo dobbiamo inventarci una storiella.

Il fine tuning

Facciamo finta che io abbia una strana malattia che provoca delle sospensioni dello stato di coscienza e che colpisce la memoria; e facciamo che ad un certo punto mi “risvegli” di colpo sul tetto di un altissimo grattacielo, seduto comodamente su di una poltrona in compagnia della mia fidanzata. E facciamo che in quel preciso momento il sole sorga sulle colline che circondano la città. Dato che la mia malattia mi impedisce di ricordare cosa è successo prima, è probabile che spaventato esclamerei: “Che diavolo ci faccio qui?” Ma ora è bene focalizzare l’attenzione sulla risposta della fidanzata: che ne direste se infatti rispondesse una cosa tipo: “sei qui perchè non sei caduto sotto”, oppure “sei qui perchè non sei altrove”? Certo consigliereste di rompere il fidanzamento perchè è palesemente una cretina. Già, perchè le risposte, seppure formalmente giuste, paiono mancare clamorosamente il motivo fondamentale (vedere romanticamente in compagnia il sorgere del sole), dovuto ad una precisa volontà che ha permesso di superare diverse difficoltà per arrivare in un posto tanto improbabile, in un particolare momento, con una particolare persona. E nel nostro discorso “particolare” ed “improbabile” si possono considerare sinonimi.

Tornando ora alla cosmologia, abbiamo scoperto che l’universo è governato da leggi matematiche che prevedono una ventina di costanti fisiche indipendenti e mostruosamente regolate. Il filosofo Robin Collins spiega infatti «Le scoperte della fisica moderna e della cosmologia negli ultimi 50 anni hanno dimostrato che la struttura dell’universo è impostata in modo straordinariamente preciso per l’esistenza della vita; se la sua struttura fosse leggermente diversa, anche per uno straordinariamente piccolo grado, la vita non sarebbe possibile». Le stesse condizioni presenti al momento iniziale del Big Bang sono tanto improbabili «che il matematico Roger Penrose, della Cambridge University, ha calcolato essere dell’ordine di 10123. Un numero incredibilmente piccolo». Come ha fatto un universo nato dal caso a generare una tale precisione nelle leggi che lo regolano? Per qualcuno è un mistero enorme, forse grande quanto quello stesso del Big Bang, cioè la “nascita” di tutto dal nulla, ma per altri, atei incalliti, la risposta e chiara e naturale, come quella della fidanzata scema della nostra storiella:  «Se vediamo un Universo “a nostra misura”», ha spiegato la cosmologa Licia verde, «è perché, se non lo fosse, molto probabilmente non saremmo qui a osservarlo». Disarmati da cotanta saggezza, la professoressa Verde ci ricorda l’incapacità di  “vedere oltre il proprio naso” che lo stesso Einstein mostrò quando rifiutò l’universo in espansione. Nessun altro prete cosmologo può avvicinarla e scambiarci due parole?

Nella prossima puntata parleremo del problema dell’universo “aperto” o “chiuso” ed affronteremo il problema della materia ed energia oscura.