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L'origine dell'Universo: dibattito

Perché non sono un fisico ateo

Caro Direttore, ho letto con piacere l'intervista al prof. Giordano Diambrini Palazzi, un vecchio amico, anche se purtroppo fanese ed ateo in senso tradizionale, con cui ho collaborato in comuni esperimenti all'elettrosincrotrone di Frascati.

Che l'onestà intellettuale di Diambrini sia una realtà non si discute, ma non si discute neppure la non condivisione di una religione cosmica da parte della comunità scientifica. Per Diambrini non è pensabile che un fisico possa avere una fede di stile tradizionale come quella cristiana, perché per lui dovrebbe assurgere ad una impersonale religione cosmica raggiungibile e godibile solo dai grandi scienziati mentre i poveri peones, come tutti i non scienziati, potrebbero accontentarsi del surrogato religioso trasmesso dalle tradizioni.

A mio parere questa visione religiosa è molto riduttiva e parziale e potrebbe portare alla concezione di una società scientocratica alquanto in contrasto con quella del socialismo attivo vissuto nella sua gioventù. Che la scienza sia "selezione sperimentale delle idee mutanti" la trovo una buona definizione dato che nessuna teoria galileianamente è accettata dalla comunità scientifica se non è sperimentata, e questo deve farci riflettere nel non accettare troppo facilmente le teorie cosmologiche che tanti fisici propalano dato che sperimentare la nascita dell'universo è sicuramente una impresa impossibile. Che poi la scienza sia "l'unica disciplina umana in grado di offrire delle certezze" dipende molto dai decimali che si mettono in quelle "certezze". Sarò sintetico per motivi di spazio ma basterà ricordare il problema dei tre corpi con Poincarè; il teorema di Goedel del 1931 per cui nella stessa razionalissima costruzione matematica si trova l'indecidibilità sulla verità o la falsità di un teorema; per non parlare in Fisica del principio di indeterminazione di Heisenberg o addirittura della meccanica statistica della termodinamica ed infine della meccanica quantistica, tutte frecce nel fianco del determinismo laplaciano ed einsteiniano. Frecce molto pungenti, se non distruttive, del determinismo di Laplace quando asseriva che "una intelligenza che conoscesse tutte le forze da cui è animata la natura, e se fosse così vasta da sottomettere all'analisi questi dati, abbraccerebbe nella stessa formula i movimenti dei più grandi corpi dell'universo e quelli dell'atomo più leggero: nulla sarebbe incerto per essa e l'avvenire come il passato sarebbe presente ai suoi occhi". Per fortuna quelle frecce ci hanno ridato la libertà ed hanno dissolto quell'incubo che ci prospettava di divenire un giorno solo dei robot predestinati e prevedibili e magari al servizio della scientocrazia. Oggi ci sono computer giganti e velocissimi, memorie enormi, ma se dobbiamo prevedere il tempo meteorologico tra 5 giorni non sappiamo dove mettere le mani: perché? Certezze scientifiche sulle leggi sì, ma in pasto alla probabilità e per capirlo facciamo un semplice esempio: prendiamo un cono solido ed appoggiamolo sulla base. Cosa gli succede: nulla, resta in equilibrio. Quali sono le leggi che dominano questo fenomeno? La legge di gravità ben nota e la resistenza del piano di appoggio. Giriamo ora il cono appoggiandolo per la punta, questa è una situazione di equilibrio instabile, ed il cono cadrà. Quali sono le leggi che dominano il fenomeno? Le stesse di prima ma chi riuscirà mai a prevedere da che parte cadrà? Nessuno, perché oggi si sa che per predire tali eventi occorrerebbe conoscere i dati di partenza (i fisici le chiamano condizioni iniziali) con infinite cifre decimali, ma questo sarà sempre impossibile. E se dalla fisica passiamo alla biologia o alla medicina quanti equivalenti coni ribaltati ci sono nel funzionamento del nostro organismo? Chi potrà mai prevedere l'azione degli uomini con certezza? Per fortuna nessuno ed ognuno sarà sempre il costruttore del proprio destino.

Quando i sistemi divengono "complessi", oggi sappiamo che influenze infinitesime possono avere a distanza di tempo ripercussioni molto grandi (teoria del caos) come è il caso del noto effetto farfalla in meteorologia (il battito d'ali di una farfalla nel Mato Grosso può cambiare il tempo a Miami dopo 30 giorni). Per quanto mi riguarda ho guardato alla Scienza, e non solo alla Fisica, come un metodo di indagine della natura che mi aiutasse ad avere risposte non certo razionali ma ragionevoli alle mie domande intrinseche più profonde. Così il sacrificio della croce, impensabile dal pensiero umano e considerato addirittura folle, si è per me riempito di significato interpretando il messaggio diametralmente opposto che ci dava la legge di accrescimento della entropia, ovvero la legge della morte inesorabile in questo universo.

L'effetto farfalla mi ha suggerito come possa avvenire il contatto tra una provvidenza del mondo trascendente con l'umanità del mondo immanente e tangibile, e questo senza ledere la libertà dell'uomo. E' quello che io chiamo il soffio del Dio nascosto, la coincidenza, l'occasione, il segno, il piccolo effetto che può produrre dalla scelta della propria volontà la biforcazione nella vita, quella che è il marchio della nostra storia. Se Dio vuole lasciarci liberi non può apparirci nella sua stragrande potenza perché se lo facesse distruggerebbe la nostra libertà di non sceglierlo; se Diambrini vedesse Dio non potrebbe non credergli, e non sarebbe più libero di negarlo. In fondo il frutto ghermito da Adamo era quello dell'albero della Scienza del Bene e del Male ma come potrebbe essere libero l'uomo se non potesse scegliere tra Bene e Male?

Ci sarebbero tante altre cose da dire ma lo spazio si stringe. Prima di concludere vorrei accennare qualcosa sul Caso. Diambrini dice che tutto ciò che non è proibito, prima o poi si avvera, mettendo quindi un forte accento su un Universo accidentale. Gamow fa l'esempio dei 100 dadi a sei facce dove si vuol vedere quanto tempo occorrerebbe per avere una gettata con tutte le facce rivolte sul numero 4. Supponendo di fare una gettata ogni secondo, ci vorrebbe un tempo pari a 10 77 anni (centomila miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di anni cioè un 1 seguito da 77 zeri). E se invece facessimo la stessa cosa per costruire a caso la catena dei 103 aminoacidi ordinati nella sequenza di una proteina come il citocromo-c facendo un tentativo ogni secondo con i 20 diversi tipi di aminoacidi, ci vorrebbe un tempo di 10 120 anni (un 1 seguito da 120 zeri). Ma il citocromo-c esiste già e l'unverso ha solo i 2x10 10 ( un 2 seguito da dieci zeri). Il Caso quindi, senza qualcuno che l'aiuti, è un pessimo costruttore di vita e la materia non è cieca quando è lontana dall'equilibrio termodinamico, come dice il Nobel Ilja Prigogine, ed in quel caso vede e si autoorganizza mediante le sue strutture dissipative. Ma chi ha inserito nella materia questo programma di organizzazione che porta anche alla vita? Chi è l'artefice della Necessità per dirla con Monod? Non certo il caso.

Un'ultima domanda a Diambrini: anche le leggi della fisica sono uscite dalla fluttuazione di quel vuoto? Nello svolgersi dinamico dell'universo quelle leggi variano o restano tali? I valori delle costanti universali quali quella di Plank o quella gravitazionale dovevano essere già presenti perché il tutto potesse avvenire o si sono costituite dopo? Ma se tutto cambia e le leggi non cambiano non potrebbe essere che avesse ragione l'apostolo Giovanni quando nel suo prologo scrive: "In principio era il Verbo, il Verbo era presso Dio e il Verbo era Dio."?

Francesco Grianti

La scienza non è una religione cosmica

Darò una risposta il più possibile sintetica a Franco Grianti, di fervente fede cattolica, sui suoi turbamenti relativi anche all'attuale ricostruzione scientifica dell'origine e della evoluzione del nostro Universo. E' assolutamente inaccettabile e risibile che si possa parlare di questa ricostruzione come di una "religione cosmica". Come Alberto Angelucci ha chiaramente riportato nella intervista da me rilasciata, mi sembra corretto definire la conoscenza scientifica come il risultato di una selezione sperimentale delle idee mutanti. Questa è in realtà una mia trascrizione della definizione della evoluzione biologica post-darwiniana, come "selezione naturale dei geni mutanti".

Cercherò di chiarire in una brevissima sintesi quali sono le misure sperimentali ed osservazionali più precise ed importanti che hanno portato a verificare il modello teorico standard dell'evoluzione dell'Universo nei primi tre minuti dal momento del cosidetto Big-Bang.
a) La legge di Hubble-Humason che descrive l'espansione dell'Universo. Dalla rappresentazione matematica dello spazio-tempo dedotta della relatività generale di Einstein derivava in modo abbastanza naturale che l'Universo potesse essere in espansione. Tuttavia Einstein rifiutò questa ipotesi, e introdusse nelle sue equazioni un termine cosmologico che consentiva di mantenere l'Universo in equilibrio evitando l'espansione, (più tardi disse: "Fu il più grande errore della mia vita!"). Ma alla fine degli anni ‘20, osservando gli spettri delle galassie lontane, si scoprì una legge secondo cui le galassie si allontanavano dagli osservatori terrestri con una velocità radiale tanto più grande, quanto più grande era la loro distanza dalla terra. Questa è la legge, in termini elementari, di Hubble-Humason. Ma come ci si è giunti? Quando una sorgente di luce si allontana dall'osservatore con una velocità assai più piccola rispetto a quella della luce, le frequenze (= i colori) da questo osservate risultano spostate verso il rosso, in modo proporzionale alla velocità stessa. Inoltre è possibile misurare in modo indipendente la distanza delle stelle e delle galassie, per esempio confrontando la loro luminosità apparente con quella intrinseca, e con altri metodi. Questo studio fu fatto da Hubble e Humason negli anni ‘20, e dai risultati fu derivata la legge che porta il loro nome: le galassie si allontanano da noi con una velocità proporzionale alla distanza. Dopo 70 anni di misure possiamo dire con certezza che la velocità di ‘fuga' è tra 60 e 70 chilometri per secondo quando la distanza è di 3 milioni di anni luce: doppia velocità per doppia distanza e cosi via. Siccome tutto avviene, in accordo con la relatività generale di Einstein, come se fosse lo spazio a dilatarsi, ogni osservatore da ogni galassia vedrebbe tutte le altre allontanarsi con la stessa legge.

b) Previsione e scoperta della radiazione cosmica a microonde. Dalla misura della velocità di espansione spaziale dell'Universo si deduce che esso nel lontano passato (fino a circa 15 miliardi di anni fa) era enormemente più denso e quindi anche molto più caldo: come avviene se si comprime un gas. Dunque ci si avvicina a una fase iniziale in cui l'Universo era una bolla di plasma primordiale fatta di particelle atomiche (neutroni, protoni, elettroni, positroni, raggi gamma e neutrini) in equilibrio termodinamico, fino a circa un secondo dopo il Big Bang, quando la temperatura era di circa 10 miliardi di gradi Kelvin, corrispondenti a una energia delle particelle di milioni di volt-elettroni. Dunque per sapere quello che accadeva allora, occorre oggi fornire alle particelle l'energia che avevano in quei tempi primordiali e farle interagire tra loro. Questo viene fatto da più di 50 anni con gli acceleratori di particelle diffusi in tutto il mondo. I risultati sperimentali ottenuti hanno permesso di costruire un modello teorico del plasma primordiale, verificabile con osservazioni astrofisiche.Negli anni ‘50 il fisico russo Gamow, emigrato negli USA, insieme ai suoi allievi Alpher ed Herman ha previsto che in base a questo modello i fotoni presenti nella fase iniziale del plasma, dopo il suo raffreddamento, dovrebbero essere presenti nell'Universo attuale sotto forma di una radiazione elettromagnetica a micro-onde isotropa con lunghezza d'onda dell'ordine del millimetro, corrispondente a qualche grado Kelvin. Ebbene nel 1966 due ingegneri, Penzias e Wilson, usando antenne satellitari da loro costruite per altri scopi, scoprirono un fondo di radiazione elettromagnetica di circa 3 gradi Kelvin proveniente in modo circa uniforme da tutte le direzioni del cielo. Questa fondamentale conferma del modello cosmologico procurò a entrambi il premio Nobel.

Questa radiazione di fondo cosmico è stata poi studiata in grande dettaglio anche con il satellite COBE, con antenne su palloni stratosferici fino al più recente esperimento chiamato boomerang, eseguito nell'Antartico da una collaborazione internazionale, cui ha partecipato il collega Paolo de Bernardis, come responsabile del gruppo dell'Università di Roma "La Sapienza". Questi risultati hanno dato un contributo importante per conoscere come si espanderà l'universo nei prossimi miliardi d'anni, ma non ho spazio per spiegarli.
c) Previsioni della nucleosintesi confermate da osservazioni cosmologiche molto precise. A 10 secondi dall'origine, la temperatura del plasma è ‘scesa' a 5 miliardi di gradi, l'equilibrio termodinamico viene violato e il rapporto tra il numero di neutroni e protoni viene congelato. In questo istante comincia il processo detto della nucleosintesi che porta alla formazione di nuclei di Elio (He4). Eseguendo i calcoli si dimostra che alla fine del terzo minuto dall'origine il plasma doveva contenere il 24% di nuclei di Elio (formati da 2 neutroni e 2 protoni) e il 76% di nuclei di idrogeno (protoni), oltre gli elettroni e neutrini, più una piccola percentuale di Deuterio e Litio. Dopo 100.000 anni di ulteriore raffreddamento gli elettroni si possono unire ai nuclei in modo da formare gli atomi corrispondenti, senza che i raggi gamma, data la diminuzione della loro energia, siano in grado di staccarli dai nuclei.

Sarà vero tutto questo? Ebbene, le verifiche attuate da osservazioni astrofisiche sia sulle atmosfere delle stelle più giovani che nel gas interstellare attorno ai quasar distanti miliardi di anni-luce, danno il risultato che la presenza di Elio è presente al 24% come previsto dalla nucleosintesi: più precisamente:0.238+- 0,002.Anche la presenza del Litio e del Deuterio e del rapporto tra il numero di nucleoni e di gamma è in accordo con i risultati dei calcoli. Da questi risultati si deduce un'altra previsione importante anche per la teoria delle particelle elementari: il numero di famiglie di neutrini non può essere maggiore di 3. Ebbene, misure di alta precisione fatte con l'acceleratore LEP del CERN hanno confermato anche questa previsione; il numero misurato di ‘famiglie' di neutrini è: 2,998 +-002.

Restano molti problemi in parte aperti, la cui soluzione è sotto attento studio sia teorico che sperimentale ed osservazionale. Ecco qualcuno tra i principali.

La bariogenesi. Perché l'Universo contiene solo materia e non antimateria? Le condizioni perché questo sia avvenuto (prima del plasma di cui abbiamo parlato) richiedono anche una violazione della inversione temporale delle interazioni (in gergo: "violazione di CP"). Questo avviene solo per un tipo di particelle, ma non basta, e si sta sperimentando se questo avviene anche per altre particelle ( a Slac in California si sta lavorando con acceleratori che fanno collidere elettroni e positroni).

Il modello inflazionario. Un bel modello teorico che spiega la nascita di una piccola bolla di falso vuoto che può avere una espansione accelerata, per poi dar luogo alla bariogenesi e alla nucleosintesi.

Quale sarà il futuro dell'Universo? Le ultime osservazioni astrofisiche sulle supernove indicano che l'espansione si sta accelerando.

Che cosa c'era prima del Big Bang ? La nuova "teoria delle stringhe" può dare una risposta?

Per quanto riguarda l'ultima domanda di Grianti, ho solo spazio per informare i lettori che una risposta dettagliata la si può trovare in un lavoro dal titolo "Cosmologia, Costanti Universali e Principi Antropici" da me presentato a una Conferenza su " modelli scientifici della realtà fisica" e pubblicato sulla rivista La Nuova Critica, ed. Union Printing, n. 13 - 1990. Un altro mio lavoro più generale, "L'Universo Autoconoscitivo", è pubblicato sulla rivista Sapere, giugno 1990. I reprints sono disponibili su richiesta per e-mail:
giordano.diambrini@roma1.infn.it

Giordano Diambrini Palazzi


 
 
 
 
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