Sull’origine dell’universo in Stephen W. Hawking
(A Brief History of Time)
Bc. Pavel Pacek
Ročníková práce bohoslovce Pavla Packa „O počátku světa u Stephena W. Hawkinga (A Brief History of Time)“, psaná na Filozofické fakultě Papežské Lateránské univerzity v Římě v semináři profesora Aniceta Molinara „Bůh a věda“, je syntézou pohledu S. W. Hawkinga na počátek světa, vycházející zejména z jeho knihy Stručná historie času. Důraz je položen na vztah mezi Bohem a vědou. Psáno italsky. Rozsah originálu je 17 stran formátu A4.
Pacek, Pavel: Sull’origine dell’universo in Stephen W. Hawking (A Brief History of Time), Facultas philosophiae, Pontificia universitas studiuorum Lateranensis, Roma 2001
PONTIFICIA VNIVERSITAS STVDIVORVM LATERANENSIS
FACVLTAS PHILOSOPHIÆ
SULL’ORIGINE DELL’UNIVERSO
IN
STEPHEN W. HAWKING
(A BRIEF HISTORY OF TIME)
(LAVORO ANNUALE)
Prof. Aniceto Molinaro
Studente Pavel Pacek 70 29 19
Roma 2000/2001
Cambiare il mondo non basta. Lo facciamo comunque. E, in larga misura, questo cambiamento avviene persino senza la nostra collaborazione. Nostro compito è anche d’interpretarlo. E ciò, precisamente, per cambiare il cambiamento. Affinché il mondo non continui a cambiare senza di noi. E, alla fine, non si cambi in un mondo senza di noi. (Anders 1992)1
Introduzione
In questo lavoro mi soffermerò sul’origine dell’universo nel libro di famoso fisico e cosmologo inglese Stephen W. Hawking A BRIEF HISTORY OF TIME, tradotto in italiano Dal Big Bang ai buchi neri.
Questo libro ha visto la luce del mondo prima volta nell’anno 1988 e da quel tempo, fino ad oggi è passato un po’ “d’acqua nel fiume”. Cercherò, possibilmente, di mettere in contributo anche qualche opinione e studi recenti.
Prima di tutto non sarà, credo, a sfavore di rivolgere lo sguardo un po’ indietro nella storia del pensiero filosofico-cosmologico occidentale, per vedere, che la ricerca del principio o/e del’origine dell’universo è antica come l’umanità stessa.
Soprattutto nei presocratci (7-5 sec.a.C.) troviamo questa ricerca del principio /archè/ (Talete, Anassimandro, Anassimene) dal quale tutto l’essere sorge e in cui anche finisce e a cui tutto ritorna. Dai primi filosofi naturali era stato cercato questo principio come semplice premateria (terra, acqua, aria, fuoco) o come entità astratta /apeiron/ o il numero (i pitagorici). Con Platone (427-347 a.C.) questa divenne soprattutto entità astratta l’idea, nell’Aristotele (384-322 a.C.) poi quattro cause.
Generalmente queste riflessioni portavano alla convinzione, che se conosciamo il principio allora possiamo dedurre la totalità delle realtà.
Anche per lo stesso A. Einstein (e anche per tutti i fisici) era principale di trovare quelle leggi universali elementari dai quali è possibile dedurre il principio dell’universo.
All’inizio
Sul principio è la domanda o precisamente la parola. Allora sempre la filosofia, perché domandare è filosofare. Hawking non è eccezione. Dice che prima che cominciasse a scrivere questo libro non si ha posto la domanda perché scriverla. Era già deciso, sapeva bene che esistono
1 Cfr. M. NACCI, Pensare la tecnica, Laterza, Roma-Bari, 2000. p.32.
diversi libri scritti sull’argomento dell’origine ed anche dei buchi neri. La sua ragione era ben definita e precisa: ”Pensavo che nessuno di essi (quelli precedenti fisici e scienziati) avesse affrontato veramente i problemi che mi avevano condotto a compiere ricerche nei campi della cosmologia e della teoria quantistica: da dove ebbe origine l’universo? Come e perché ebbe inizio? Avrà mai fine, e in tal caso come? Queste sono domande che interessano a tutti noi.”2
Sì, queste sono le domande estremamente interessanti per ciascuno, sia per il religioso sia per l’ateo, sia per l’uomo intellettuale, sia per la gente comune.
A parte di questa considerazione, mi viene in mente, che sempre i scrittori, i filosofi, teologi e chiunque altro scriva, mette inevitabilmente in rilievo le sue proprie opinioni personali, sociali, culturali, politiche, religiose, … ecc. porta necessariamente una certa influenza e riflessione su come intende o vede le cose lo stesso l’autore.
Come credente e studente di filosofia perciò voglio mettere in evidenza anche la persona con quale ho da fare. Perché questo è per me un incontro intimo, e credo che non solo il mio punto di vista delle cose o di un semplice affetto o sentimento.
Non potevo perciò trascurare la persona di Hawking.
Stephen W. Hawking
è religiosamente agnostico3. Cresciuto in Inghilterra nella famiglia agnostica, ma molto colta. Ha compiuto i studi all’oxford specializandosi nelle scienze naturali, fisica e matematica. Già durante i suoi studi nella scuola ha cominciato a evolversi la sua malattia grave dei motoneuroni, con la quale viveva da allora. La prognosi era abbastanza orribile – in due anni deve morire. Questo lo colpì talmente che non pensa neanche a finire la tesi di laurea. Passati due anni la malattia non progredisce tanto distruttivamente, ed allora poteva continuare nello studio e nella vita.
Fino a 1970 si occupa dello studio della cosmologia (cioè delle cose più grandi), tra 1970 – 1974 si occupa degli buchi neri, e dal 1974 in poi, cerca di collegare la teoria generale della relatività e della meccanica quantistica in una teoria consistente.4 Ecco la personalità e le condizioni speciali della vita di un uomo che non perde la voglia di vivere, persino aver famiglia, di lavorare, di fare la scienza e in fine di scrivere questo libro. Lui dice che tutto ciò gli era possibile tramite la sua moglie, figli e diversi amici e collaboratori senza di quali non sarebbe possibile quest’opera.
Ora mettiamoci in viaggio con lui su questa via e seguiamo le sue orme dell’indagine e della storia sull’origine dell’universo.
2 S.W.HAWKING, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli, Milano, 19887. p. 5.
3 G. BASTI, A.A. PERRONE, Filosofia della Natura e della Scienza, dispense, P.U.L., Roma, 2000. p. 197.
4 S.W.HAWKING, Černé díry a budoucnost vesmíru,Mladá fronta (edice Kolumbus), Praha 1995, p.2.
Il problema del principio si necessariamente collega con la natura del tempo e con la domanda “Che cosa era prima del Tempo, e il tempo avrà mai fine?”5
Hawking risponde che questo è solo la questione del tempo (qualunque cosa esso sia) che ce lo dirà.6
I modelli dell’universo
Vediamo le varie posizioni dei filosofi antichi.
La più famosa più conosciuta ed anche più duratura teoria dell’immagine dell’universo nella storia è quella di Aristotele (340 a.C.) e di Tolomeo (II. secolo dopo Cristo), precisamente l’idea di Aristotele sviluppata da Tolomeo ed messa in un modello cosmologico, ben stabilito e ben definito. Consisteva nel fatto delle sfere. Al centro dell’universo è la Terra immobile, attorno al quale è la sfera della Luna, attorno alla sfera della luna è la sfera del Mercurio, poi la sfera del Venere, sfera del Sole, del Marte, di Giove, di Saturno e in fine la sfera delle stelle fisse. Tutte le sfere orbitavano attorno alla Terra tranne la sfera delle stelle fisse. (Perciò si chiamava così.)
Quest’immagine era accettata e sostenuta soprattutto dalla chiesa cattolica, fino al XVI.secolo, dopo la quale venne canonico polacco Niccolò Copernico con la nuova immagine dell’universo e con un nuovo sistema dell’universo. Lui mette al centro dell’universo il Sole attorno al quale orbita la Terra e tutti gli altri pianeti.
Altro colpo mortale per la teoria aristotelico-tolemaica viene nel 1609, quando il Galileo Galilei comincia scrutare il cielo stellare con il telescopio, strumento appena inventato. Proprio dall’osservazione del pianeta Giove e delle sue orbite si accorge che se possono girare i satelliti attorno al Giove perché non potrebbero girare i pianeti attorno al Sole. Ed, in effetti, con questa osservazione convalida la teoria copernicana, ed espulse la teoria tolemaica.7
In seguito astronomo tedesco Keplero modificò la teoria eliocentrica di Copernico, suggerendo che i pianeti si muovessero non su cerchi bensì su eclissi.
Altro passo avanti in questa teoria “ellittica” fa Isaac Newton, spiegando il perché i pianeti compiono le orbite ellittiche invece circolari.
“Ogni corpo nell’universo è attratto verso ogni altro corpo con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.”8
Newton si accorge bene che secondo questo principio le stelle avrebbero dovuto attrarsi fra di loro, cosicché sembrava che non potessero restare essenzialmente immobili come apparivano. Esse
5 HAWKING, p. 13.
6 Ivi.
7 Ivi.
8 Ivi, p. 17.
avrebbero dovuto invece cadere tutte verso un qualche centro gravitazionale comune.9 A questo proposito nel 1691 Newton nella lettera a Richard Bentley scrive che questo era per l’appunto quanto accadrebbe se esistesse solo un numero finito di stelle distribuite in una regione finita dello spazio. Egli affermò però che, se esistesse invece un numero infinito di stelle, distribuite in modo più o meno uniforme in uno spazio infinito, ciò non accadrebbe, perché in tal caso non esisterebbe un punto centrale verso cui cadere.10 In un universo infinito ogni punto può essere considerato il centro, avendo un numero infinito di stelle attorno a sé in ogni direzione.
Oggi sappiamo che è impossibile avere un modello statico infinito dell’universo alla presenza di gravitazione che sia sempre attrattiva.
Considerazione che l’universo potrebbe essere in espansione o in contrazione era fino al XX. secolo impensabile o meglio, nessuno ha mai pensato a questa possibilità. Piuttosto si pensava che l’universo fosse esistito da sempre o che fosse stato creato.
C’era però un’obiezione dalla parte di un scienziato tedesco Heinrich Olbers, che pubblicò nel 1823, che in u universo infinito statico in qualsiasi direzione si volga lo sguardo la linea visuale finirebbe sulla superficie di una stella, cosicché l’intero cielo dovrebbe essere luminoso come il Sole, persino di notte. Olbers trovò la soluzione di questo paradosso nell’argomento, che la luce proveniente dalle stelle molto lontane è presumibilmente attenuata dall’assorbimento per opera della materia interposta. Se così fosse, però, la materia interstellare si sarebbe col tempo riscaldata fino a diventare a sua volta luminosa come le stelle. L’unico modo per evitare la conclusione che l’intero cielo notturno dovesse essere altrettanto luminoso della superficie del Sole, sarebbe stato quello,di supporre che le stelle non esistono da sempre ma siano state “accese” in un qualche tempo finito in passato.11
L’inizio dell’universo fu, ovviamente, oggetto di riflessioni già da molto tempo prima di Olbers. Secondo varie cosmologie antiche e secondo la tradizione ebraico-cristiano-islamica, l’universo ebbe inizio in un tempo finito, e non molto lontano, in passato.
Questo l’inizio, in tale tradizioni, voleva però una “Causa prima” intesa con Dio. Agostino nel numeroDe civitate dei acettò come data per la creazione12 dell’universo il 5000 a.C. circa, secondo calcoli fondati sul libro della Genesi.
9 Ivi.
10 Ivi p. 18.
11 Ivi p. 19.
12 Cfr. A. MOLINARO, Lessico di Metafisica, San Paolo, Cinisello Balsamo (Milano),1998; La creazione ha una matrice religiosa – quella della rivelazione giudaico – cristiana. La Metafisica la intende come totalità dell’essere (dell’essere che appare – il mondo). p.44. In senso stretto la creazione significa produrre l’essere dal non essere.(Cfr. S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993, pp. 91-106). Cfr. M. ARTIGAS, J.J. SANGUINETTI, Filosofia della Natura, Le Monnier, Firenze 1989. In fisica il concetto di creazione viene usato con un significato ampio, non equivalente alla produzione a partire dal nulla, cioè – la creazione è la produzione di certi enti mediante processi fisici (attraverso lo scambio di materia ed energia) a partire da uno stato precedente nel quale tali enti non erano presenti. In senso stretto, invece creazione è produzione di enti a partire dal nulla. p. 299-300.
I problemi se l’universo abbia avuto l’inizio nel tempo, e se sia limitato nello spazio, furono in seguito esaminati diffusamente dal filosofo Immanuel Kant nella Critica della ragion pura. Kant chiamò questi problemi antinomie (contraddizioni).
Un piccolo sorriso ci fa sulle labbra Agostino leggendo la sua risposta sulla domanda: ”Che faceva Dio prima della creazione?” “Stava preparando l’inferno per le persone che fanno domande del genere." Cè anche una risposta seria: “Il tempo era una proprietà dell’universo creato da Dio, e che quindi prima dell’inizio dell’universo il tempo non esisteva.”
Grande rottura nella considerazione che l’universo sia statico viene nel 1929, quando Edwin Hubble fece l’osservazione di importanza capitale che, in qualsiasi direzione si osservi, le galassie lontane presentano un moto di rapida recessione da noi. In altri termini l’universo sta espandendosi. Ciò significa che, in passato, gli oggetti che lo compongono dovevano essere molto più vicini fra loro di quanto non siano oggi. Sembrava, in effetti, che ci fosse stato un tempo in passato, circa dieci o venti miliardi di anni fa, in cui tutti gli oggetti dovettero trovarsi esattamente nello stesso luogo e in cui, perciò, la densità dell’universo era infinita. Questa scoperta portò infine il problema dell’inizio dell’universo nell’ambito della scienza.13 In una tale condizione, tutte le leggi della scienza, e perciò l’intera abilità di predire il futuro, venivano meno.
La nostra immagine moderna dell’universo risale solo al 1924, quando l’astronomo americano Edwin Hubble dimostrò che la nostra galassia non era l’unica, ma che in realtà ne esistono molte, separate da estensioni immense di spazio vuoto.
Quello, che l’universo ebbe inizio si era presupposto da questo fatto che l’universo si espande e che quindi una volta dovevano essere gli oggetti (galassie, radio-galassie e tutta la materia contenuta nell’universo) più vicino fino ad essere tutt’un’unica cosa (punto, big bang), ma che cosa era prima di esso (quali leggi, condizioni, possibili mondi,…), lui dice: ”… possiamo tranquillamente ignorare” e quindi non va oltre, anche se gli interessa la domanda “Da dove ebbe inizio l’universo?”. Forse per paura, forse perché non si sente più responsabile nel campo Metafisico, ma forse anche ben sapendo, che qui finisce il campo fisico oltre il quale non si può neanche pensare un’altra fisica, ma anche forse perché giustamente, dalla parte filosofica, non ha senso questa domanda (come abbiamo visto con Agostino). Però rimane la domanda posta da lui stesso sull’inizio: “Da dove …?”
Propone altre ipotesi su come poteva essere la situazione. Per es. si può immaginare che Dio abbia creato l’universo nell’istante del big bang14. Aggiunge ancora a proposito: “Un universo in
13 Ivi p. 22.
14 S.W.HAWKING, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli, Milano, 19887 P.64, La singolarità all’origine dell’univeso. KULA R., Třesk velký, in Aa.vv., Filosofický slovník, Olomouc, 19982. L‘espansione con la quale cominciò l‘evoluzione dell‘universo. Nel momento del Big Bang era avennuta radicale espansione della materia, espansione dello spazio e ha cominciato a scorrere il tempo.Nominata da Sir F.Hoyle. p. 419.
espansione non preclude un creatore, ma pone dei limiti circa il tempo in cui egli potrebbe aver compiuto questo lavoro!”
A proposito di queste teorie dice una cosa giusta che merita, secondo me, di essere apprezzata.
Qui, si parla delle teorie, della fisica, della scienza e quindi di certo sapere e di certi limiti.
Qualsiasi teoria è solo un ipotesi ed è allora provvisoria. Una teoria fisica non può mai essere provata. Così nella prassi spesso succede, che la nuova teoria è soltanto estensione della teoria precedente.
Stephen ci dice, che il fine ultimo della scienza è fornire una singola teoria in grado di descrivere l’intero universo. Rileva che ci sono molti scienziati che sostengono la teoria, che la scienza dovrebbe occuparsi solo delle leggi e ciò che sta oltre, lasciare alla metafisica o alla religione.
Invece lui vuole far a meno di Dio dicendo per es., che è altrettanto ragionevole supporre che anche lo stato iniziale debba essere governato da leggi.15
Oggi gli scienziati descrivono l’universo nei termini di due teorie fondamentali parziali: la teoria generale della relatività16 e la meccanica quantistica17. Ciò però è strano che queste due teorie in realtà sono in disaccordo tra loro e quindi non possono essere entrambe correte. Persiste ancora perciò il tentativo sopra citato della teoria che descriverebbe l’intero universo.
C’è a proposito dell’inizio dell’universo una concezione abbastanza interessante. Per esempio fisico inglese Paul Davies sostenne la posizione della cosiddetta autocreazione dell’universo18, partendo dal presupposto della fisica elementare, dove nel mondo subatomico vi sono eventi senza cause, in quanto la fisica quantistica è indeterminista.
Spazio e tempo
Per capire bene l’ambito in cui stiamo, bisogna ancora un po’ accennare la problematica della visione e della realtà dello spazio e del tempo.
Tanto Aristotele quanto Newton credettero nel tempo assoluto19. Essi credettero cioè che si potesse misurare con precisione l’intervallo di tempo fra due eventi, e che questo tempo sarebbe
15 Ivi. p. 25.
16 Ivi. Svillupata da A.Einstein tra 1906-1916. Fondata sull’idea che le leggi della scienza dovrebbero essere le stesse per tutti gli osservatori, comunque stiano muovendosi; essa si occupa in particolare della forza di gravità, spiegandola nei termini della curvatura di uno spazio-tempo quadridimensionale. p.45
17 S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993. Teoria fisica relativa alle particella elementari, sviluppata a partire dagli anni venti soprattutto dalla cosiddetta Scuola di Copenaghen. Stando alla meccanica quantistica le onde e le particelle rappresentano la stessa realtà in quanto osservata sotto condizioni sperimentali diverse. p. 227.
18 Cfr. M. ARTIGAS, J.J. SANGUINETTI, Filosofia della Natura, Le Monnier, Firenze 1989. p. 303.
19 KULA R., „Čas absolutní“, in: Aa.vv., Filosofický slovník, Olomouc, 19982. Si tratta dell‘ordine universale quale esiste indipendentemente dagli eventi svoltisi nell‘universo. Nella fisica classica è solo il valore con cui si conta nelle equazioni e serve per descrivere il movimento. Scorre linearmente dal passato al futuro. L‘espressione t. a. è strettamente collegato con la comprensione della causalità. Nella teoria della relatività si presenta con lo spazio come continuum spaziotemporale. Non esiste t.a. – il tempo da sé viene relativizzato ed suo scorrere dipende dall‘osservatore – durante il movimento avviene cosiddetta dilatazione del tempo (nei confronti dell‘osservatore esterno, il tempo nel sistema in movimento, il tempo scorre lentamente).Apprendimento della causalità è modificato – non esiste niente di tale come il passato assoluto, presente a., e neanche futuro a. p. 74.
stato lo stesso chiunque lo avesse misurato, purché si fosse usato un buon orologio. Il tempo era completamente separato dallo spazio e da esso indipendente. Questa era la concezione del tempo.
Un'altra importante scoperta nella fisica classica avvenne nel 1675 quando si affermò da astronomo olandese Ole Christensen Römer (la convinzione di Galilei), che la luce si propaga alla velocità finita. Römer la scoprì osservando le eclissi dei satelliti di Giove, che erano diverse da quelle che ha calcolate con le velocità costanti. Invece osservò i ritardi, che poi spiegò calcolando la distanza Giove – Terra.
Una teoria adeguata della propagazione della luce sorge al 1865, quando il fisico britannico James Clerk Maxwell riuscì a unificare le teorie parziali che erano state usate fino allora per descrivere le forze dell’elettricità e del magnetismo.
La teoria di Maxwell prediceva che le onde radio o le onde luminose debbano propagarsi a una certa velocità fissa. In quel tempo però si doveva ben stabilire nei confronti a che cosa si propaga la velocità della luce nello spazio – ed era sorto un certo etere, sostanza quale sarebbe stata presente dappertutto, persino nello spazio vuoto. Oggi sappiamo che questa sostanza non esiste e non è neanche bisogno che esisti. Solo con il tempo si è dimostrato che la luce viaggi sempre con la stessa velocità indipendentemente dal punto di osservazione o di altri sistemi, sia in movimento sia in quiete. Tale stato ha predetto A. Einstein nella famosa teoria della relatività speciale, la quale la confermarono le osservazioni successive. Così la teoria della relatività mise fine all’idea del tempo assoluto.
Avendo adesso la precisa misura della velocità della luce abbiamo anche la nuova unità di misura delle distanze, quale è la distanza percorsa dalla luce in un secondo. Per esempio la distanza media del Sole dalla Terra è tale, che se si userebbero i chilometri arriviamo alla cifra orribile di 149 597 892 km20. Per facilitare, gli astronomi hanno dato un’unità nuova, cosiddetta unità astronomica [AU]21 = distanza media tra la Terra e il Sole. La più usata unità per misurare le grandi distanze cosmiche è la unità di anni di luce.22 Così per esempio la luce dal sole arriva alla Terra fra 8 minuti. Immaginiamoci le distanze cosmiche! Non sappiamo quindi, che cosa stia accadendo adesso in regioni dell’universo più lontane.
20 OLDŘICH HLAD, JAROSLAV PAVLOUSEK, Přehled astronomie, Polytechnická knižnice SNTL, Praha 1990, p. 187.
21 Ivi. AU=unità astronomica (distanza Terra-Sole)=1,496.1011m; p. 11.
22 Ivi. l.y. = anno di luce = 9,4605.1015m = 6,33.104 AU = 3,07.10-1 pc; pc = parsec = 3,0857.1016m = 3,26 l.y. = 206 265 AU. p. 11.
Così la teoria della relatività ci costringe a modificare radicalmente le nostre idee dello spazio e del tempo. Noi dobbiamo accettare l’idea che il tempo non sia separato completamente dallo spazio e da esso indipendente, ma che sia combinato con esso formando un’entità chiamata spazio-tempo.23
Questa non è per noi una cosa nuova è un fatto di comune esperienza, che si può descrivere la posizione di un punto nello spazio per mezzo di tre numeri, o coordinate.
Da questo poi facilmente deduciamo che un evento è qualcosa che accade in un particolare punto nello spazio e in particolare tempo, che si specifica per mezzo di quattro numeri o coordinate oppure tre coordinate spaziali ben definite e una qualsiasi misura di tempo.
Una predizione della relatività generale è che in prossimità di un corpo di massa relativamente grande come la Terra, il tempo dovrebbe scorrere più lentamente. Causa di questo fatto è che la relazione esistente fra l’energia della luce e la sua frequenza (ossia il numero delle onde di luce al secondo): quanto maggiore è l’energia tanto più grande è la frequenza. Questa predizione fu verificata nel 1962.
Rimaneva per lungo tempo ancora non risolto problema della gravità24, fino all’inizio del XX.secolo quando Einstein fece vari tentativi senza successo di trovare una teoria della gravità che fosse in accordo con la teoria della relatività speciale. E fece quindi il suggerimento rivoluzionario che la gravità non sia una forza come le altre, bensì una conseguenza del fatto che lo spazio-tempo non è piatto, come si era supposto in precedenza, bensì incurvato, o “distorto”, dalla distribuzione della massa e dell’energia in esso presenti. Fino a 1915 si pensava allo spazio e al tempo come a una scena fissa in cui avevano luogo degli eventi, ma che non risentiva di ciò che accadeva su di essa.
La situazione però nella teoria della relatività generale è diversa perché qui lo spazio e tempo sono quantità dinamiche. Ciò allora porta una nuova comprensione dell’universo – dinamico e in espansione, che lascia dietro le spalle la vecchia idea di un universo immutabile esistente da sempre.
Alcuni anni dopo di queste ricerche Penrose e Hawking mostrano che la teoria generale della relatività di Einstein implicava che l’universo deve avere avuto un inizio e che dovrà forse avere una fine.25
23 HAWKING, p. 37.
24 KULA R., Gravitace, in Aa.vv., Filosofický slovník, Olomouc, 19982. Vicendevole influenza dell‘attrazione dei corpi con la massa, descritta per prima volta dalla legge della gravità di Newton.Questa descrizione di Newton durò fino agli anni Venti del XX.secolo, quando fu soprafatta dalla teoria della relatività generale.Il portatore della gravità è il campo gravitazionale, il quale si esprime con la curvatura dello spazio-tempo.La quantità dell‘influenza della gravità è particola ipotetica – gravitone, la quale dovrebbe avere le proprietà simili di fotone. p. 158.
25 HAWKING, p. 50.
Nel 1965 due fisici americani Arno Penzias e Robert Wilson, senza di volerlo, concordano la teoria dell’universo in espansione, quando scoprono a caso la radiazione di fondo cioè le microonde (le microonde sono molto simili alle onde luminose, con la sola differenza che hanno una frequenza molto minore, dell’ordine di solo dieci miliardi di onde al secondo).
Alcune osservazioni
Il fatto che l’universo si espande era dagli anni Venti in circolazione. Ancora nel 1915 però A. Einstein era convinto che l’universo sia stazionario, da modificare la sua teoria per adeguarla a mettere in considerazione la costante cosmologica. Con questa costante Einstein introdusse una nuova forza “antigravitazionale”, la quale, a differenza di altre forze, non proveniva da alcuna particolare sorgente, ma era incorporata nel tessuto stesso dello spazio-tempo. Einstein sostenne che lo spazio-temo aveva una tendenza intrinseca a espandersi, e che questa tendenza poteva essere tale da controbilanciare esattamente l’attrazione di tutta la materia nell’universo, in modo da ottenere un universo statico.
Su questa posizione si soffermò un fisico russo Aleksandr Aleksandrovič Fridman cercando di spiegare che l’universo non è statico, ma invece in espansione facendo due assunti molto semplici.
L’universo appaia uguale in qualsiasi direzione lo si osservi, e che ciò varrebbe anche se noi lo osservassimo da qualsiasi altra posizione. Nel 1935 fisico americano Howard Robertson e matematico brittanico Arthur Walker aggiungono al tipo dell’universo di Fridman altri due.
Primo tipo quello di Fridman ha cominciato dal big bang e finisce nella contrazione (big crunch) /inizio e la fine dell’universo/.
Secondo tipo, l’universo si espande, ma la velocità dell’espansione è così veloce che la forza gravitazionale non riesce a fermarlo e quindi si espanderà all’infinito /inizio senza la fine dell’universo/.
Terzo tipo dell’universo, proposto da questi due scienziati, parte da big bang, ma la velocità dell’espansione diminuirà, ma non sarà mai tale da fermare la espansione /inizio senza la fine dell’universo/.
Da questi tipi dell’universo, quale è quello vero?
Hawking risponde che per sapere la risposta ci occorre conoscere l’attuale velocità di espansione dell’universo e la sua attuale densità media26. Se la densità è inferiore a un certo valore critico, che è determinato dalla velocità di espansione, l’attrazione gravitazionale sarà troppo debole per arrestare l’espansione. Se la densità è superiore al valore critico, verrà un momento in futuro in cui la gravità
26 J. GRYGAR, Krize teorie velkého třesku, in „Universum 21“, Praha 1996. L‘attuale media densità dell‘universo è dal punto di vista tecnico quasi totale vacuo, impossibilmente raggiungibile nelle condizioni di laboratorio. Un metro quadratico dello spazio contiene tre protoni, cioè 10-27 kg della materia! p. 3.
arresterà l’espansione e causerà il successivo collasso dell’universo nella sua condizione di concentrazione iniziale.
Questa ricerca della densità di materia è difficile perché le osservazioni dell’universo e i calcoli fatti non corrispondono alla realtà. Si considera anche la “materia oscura” che non riusciamo a vedere direttamente, che però si sperimenta come influenza gravitazionale sulla materia normale contenente nell’universo. Quando si mette anche questa nei calcoli, ancora non si riesce ad arrivare a un certo numero preciso, che ci direbbe con esattezza che l’universo ha tanta e tanta materia e massa.
Possiamo solo aggiungere che oggi27 conosciamo ancora un altro tipo di materia, una materia nascosta28 che però durante le ricerche di Hawking era solo nella posizione di presupposto.
Considerando la cosmologia e la meccanica quantistica, ci troviamo ai due livelli o a due confini in mezzo ai quali ci muoviamo e si muovono anche le nostre osservazioni e le nostre ricerche. Aristotele sostenne che la materia è divisibile fino all’infinito (io lo sostengo pure) e Hawking dice praticamente lo stesso affermando, che tutte queste scoperte sono solo questione di tempo quando troveremo le risposte ultime e complete fino a quando capiamo la mente di Dio.29 Cioè sì è vero che dai atomi siamo arrivati agli elettroni, protoni, poi neutroni, più tardi ancora alle particelle più piccole cosiddette quark30, ed è semplicemente prevedibile (secondo me) di poter naturalmente con tempo arrivare oltre.
Problema dei buchi neri brevemente accennerò in questo brano.
La definizione del buco nero31 ci molto aiuta a capire perché Stephen parla di queste. Li paragona all’universo, precisamente alla fase finale dell’universo, come fase molto possibile della fine di esso.
27 Cfr. J.GRYGAR, Žeň objevů 1999,in: url: www.ta3.sk/zne/zneXXXIV1999E.html#9
28 J. GRYGAR, Krize teorie velkého třesku, in „Universum 21“, Praha 1996. Nel 1936 astronomo americano di origine svizzera si è accorto della asimmetria tra la massa della galassia, calcolata sulla base della gravità e la massa considerata dal numero osservato della materia luminosa. Risultava l’asimmetria tra la massa dinamica e la massa luminosa delle galassie e degli storni delle galassie. Questa asimmetria fa 100:1. La materia nascosta non s’esprime astronomicamente in nessun modo, ma soltanto con l’influenza gravitazionale che è maggiore della materia luminosa. Gli astronomi per lungo periodo han pensato, che l’essenza della materia nascosta potrebbero essere gli oggetti con la scarsa luminosità cioè(le stelle nanne, i pianeti e i stadi in transizione cosiddette nanne marrone), oppure i buchi neri. Ma l’osservazione contemporanee, soprattutto dal telescopio spaziale di Hubble, ci dicono che la misura di questi è piccola – soltanto 5% della materia nascosta .p.3.
29 HAWKING, p. 197.
30 S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993. Sono particelle fondamentali, di cui si suppone siano costituiti tutti gli adroni. La teoria prevede sei differenti versioni chiamate colori. Si pensa che i quark non potranno mai essere osservati isolatamente. p.232.
31 S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993. Buco nero = stadio finale nell’evoluzione di alcune stelle, ridotte a dimensioni piccolissime a causa dell’enorme gravità, tanto che gli stessi fotoni di luce ne risultano intrappolati. La sua presenza, di conseguenza, può essere accertata solo con metodi indiretti. p. 220.
Si, è un modello abbastanza chiaro da capire e anche da accettare, ma … rimangono ancora alcune domande indisposte:
1) Perché l’universo primordiale era così caldo?
2) Perché l’universo è così uniforme su vasta scala?
3) Perché ci appare uguale in ogni punto dello spazio e in ogni direzione?
4) Perché l’universo ebbe inizio con una velocità di espansione così vicina al valore critico?
5) Pur essendo così uniforme e omogeneo su vasta scala, l’universo contiene irregolarità locali, come stelle e galassie. Perché?
Occupandoci dell’inizio dobbiamo necessariamente occuparci di parlare anche della fine dell’universo.
L’origine e la fine dell’universo
La teoria generale della relatività di Einstein, considerata a sé, prediceva che lo spazio-tempo ebbe inizio nella singolarità del big bang e che finirà o nella singolarità della grande compressione (big crunch) se l’universo, giunto al termine dell’espansione, invertirà il suo moto avviandosi a un collasso universale, o in una singolarità all’interno di un buco nero (se a subire il collasso gravitazionale sarà solo una regione locale, come una stella).
Per esempio negli anni Cinquanta la Chiesa cattolica assume il big bang come il momento della Creazione.
Nell’anno 1981 fu organizzato dai Gesuiti un convegno a Vaticano sulla cosmologia e fu invitato tra l’altro anche S.W.Hawking. Al termine del convegno i partecipanti furono ammessi alla presenza del santo padre il cui ha detto che è giustissimo studiare l’evoluzione dell’universo dopo il big bang, ma che non dovevamo cercare di penetrare i segreti del big bang stesso perché quello era il momento della Creazione e quindi l’opera stessa di Dio. Hawking a proposito aggiunge che era lieto che il papa non sapesse quale argomento avessi trattato poco prima nella mia conferenza al convegno: la possibilità che lo spazio-tempo fosse finito ma illimitato, ossia che non avesse alcun inizio, che non ci fosse alcun momento della Creazione.32
Nell’istante del big bang, si pensa che l’universo avesse dimensione zero, e che fosse quindi infinitamente caldo.
La teoria generale della relatività non è in grado da sola di spiegare questi caratteri o di rispondere a quelle domande citate su, a causa della sua predizione che l’universo ebbe inizio con una densità infinita nella singolarità del big bang. Dinanzi alla singolarità, la relatività generale e
32 HAWKING, p. 137.
tutte le altre leggi fisiche potrebbero rivelarsi inadeguate: non si può predire che cosa verrà fuori dalla singolarità. Ciò significa che si potrebbero anche escludere dalla teoria il big bang e qualsiasi evento ulteriore, perché essi non possono avere alcun effetto su ciò che osserviamo. Lo spazio-tempo avrebbe un confine: un inizio nel big bang.
La scienza sembra avere scoperto un insieme di leggi che, nei limiti posti dal principio di indeterminazione33, ci dicono in che modo l’universo si svilupperà col tempo, purché ne conosciamo lo stato in un tempo qualsiasi. Queste leggi potrebbero essere state decretate in origine da Dio. Detto semplicemente- Dio scelse la configurazione iniziale dell’universo.
Andando così, al di là del mondo fisico e fuori del big bang, possiamo immaginarci un gran numero di modelli dell’universo e infinito numero d’universi.
E’ difficile rendersi conto di come condizioni iniziali tanto caotiche34 possano aver dato origine a un universo così omogeneo e regolare, su una scala tanto grande quanto quella del nostro universo attuale.
Qui s’introduce il principio antropico35 secondo cui l’universo è tale quale è perché se fosse diversamente non potrebbe esisterci l’uomo. Si divide in due parti una chiamata p.a. forte secondo cui esistono più universi con le diverse leggi fisiche dai quali alcuni hanno le condizioni tali da poter sorgere la vita e p.a. debole secondo quale esistono nell’universo infinito solo piccole regioni con le condizioni da poter sorgere la vita intelligente. Ci sono però a proposito più obbiezioni al p.a. forte.36
Espansione o contrazione?
Più avanti dice Hawking, se noi conoscessimo lo stato iniziale del nostro universo, ne conosceremo tutta la storia.37 Dice anche: può darsi che Dio sappia come ha avuto inizio l’universo, ma noi non possiamo fornire alcuna particolare ragione per pensare che esso abbia avuto inizio in un modo piuttosto che in un altro.
Finché l’universo ha avuto un inizio, noi possiamo sempre supporre che abbia avuto un creatore. Ma se l’universo è davvero autosufficiente e tutto racchiuso in se stesso, senza un confine o un margine, non dovrebbe avere né un principio né una fine: esso, semplicemente, sarebbe. Ci sarebbe ancora un posto, in tal caso, per un creatore?
33 HAWKING, p. 207; Principio d’indeterminazione ci dice che non si piò mai essere certi sia della posizione sia della velocità di una particella; quanto maggiore è la precisione con cui si conosce l’una tanto meno esattamente si può conoscere l’altra. (Cfr. p.71.)
34 Ivi. Entropia = misura il grado di disordine di un sistema. E’ un dato di comune esperienza, se si lasciano le cose a se stesse, il disordine tende ad aumentare. La seconda legge della termodinamica = afferma che l’entropia di un sistema isolato aumenta sempre e che, quando si uniscono assieme due sistemi, l’entropia del sistema combinato è maggiore della somma dell’entropia dei singoli sistemi. p. 123.
35 KULA R., Princip antropický, in Aa.vv., Filosofický slovník, Olomouc, 19982, p. 327.
36 Cfr.HAWKING, p. 148.
37 HAWKING, p.159.
Domanda piuttosto provocatoria.
S’introduce a proposito la cosiddetta freccia del tempo.38 Con questa spiegazione possiamo almeno un po’ capire certe cose. Per esempio: se s’introduce la freccia del tempo nell’espansione dell’universo si può ben predire che in caso della contrazione il tempo non potrebbe andare arretrato cioè noi non potessimo ritornare al passato e/o continuare a svilupparsi.
Hawking, nel capitolo dedicato alla freccia del tempo, pone questa domanda: Che cosa accadrebbe se l’universo cessasse di espandersi e cominciasse a contrarsi? La freccia del tempo termodinamica si rovescerebbe e il disordine comincerebbe a diminuire col tempo? Risponde che questo fatto condurrebbe a ogni sorta di possibilità fantascientifiche. Ammette se per caso fosse così, questa contrazione non avrà inizio in ogni caso, se non fra altri dieci miliardi d’anni almeno. Oppure suggerisce, per coloro che lo vorrebbero saperlo, di saltare nel buco nero e così saprebbero subito che cosa accadrebbe (naturalmente se riuscirebbero a sopravvivere…). C’è un’osservazione importante: nella fase di contrazione il disordine sarebbe diminuito.
Questo è un argomento da considerare. E’ vero che l’universo troviamo in un “certo” ordine e contemporaneamente in espansione. Allora secondo la IIa legge della termodinamica dovrebbe con tempo (con espansione) aumentare anche il disordine, ed allora?… Come sappiamo che ci troviamo nell’espansione piuttosto nella contrazione? Si può rispondere a questa domanda sulla base del principio antropico debole. Lui ci dice, che nella fase di contrazione dell’universo non potrebbero esistere forme di vita intelligente.
Anche se le leggi non distinguono fra le direzioni del tempo diciamoci che ci sono almeno tre frecce del tempo che distinguono il passato dal futuro. Esse sono: la freccia termodinamica - la direzione del tempo in cui aumenta il disordine; la freccia psicologica - la direzione del tempo in cui ricordiamo il passato e non il futuro; e la freccia cosmologica - la direzione del tempo in cui l’universo si espande anziché contrarsi.
A proposito della unificazione delle teorie
Stephen si domanda: Che cosa significherebbe se noi scoprissimo veramente la teoria definitiva dell’universo? Non potremo mai essere del tutto sicuri di aver trovato in effetti la teoria corretta, poiché le teorie non possono essere dimostrate. E se sì, l’uomo diventerebbe padrone dell’universo?! Sarebbe questa piuttosto la domanda filosofica, se poi l’uomo avrebbe ancora la
38 KULA R., Šipka času, in: Aa.vv., Filosofický slovník,Olomouc, 19982, L‘espressione (usata prima volta da A. Eddington nel 1927) per descrivere il scorrere del tempo. Ciascuno di noi ha coscienza dello scorrere del tempo, con il processo di invecchiare. Il tempo ha solo un unico senso (dal passato verso il futuro ) e proprio questo senso descrive la freccia del tempo. Si tratta di un termine fisico, il quale era necessario per fondare la nuova fisica, quando mostrò, che la maggioranza delle teorie sono simmetriche nei confronti della trasformazione temporale. La teoria della relatività, la fisica quantica, la fisica classica, sono simmetriche nei confronti del tempo, cioè se si cambia il scorrere del tempo inversamente (dal futuro al passato) non cambia nulla. p. 394.
voglia di vivere, sapendo praticamente tutto?… Io penso che questo sarebbe piuttosto la fine dell’umanità, del senso di vivere, siccome sono più il pessimista in questo. Giustamente anche Hawking ammette la condizione, alla propria convinzione che ce grande probabilità che l’uomo trova la unificata teoria completa, “… se non facciamo prima saltare in aria il nostro pianeta.”39
Conclusione
Nel 1996 scrive Jiří Grygar astrofisico ceco, un articolo a proposito della crisi del big bang.
“Questa teoria è il frutto del secolo XX. ed ha avuto non un solo insuccesso, soprattutto dalla parte dei marxisti ortodossi (si pensano quelli di Europa orientale) i quali la vedevano come possibilità come mettere l’idea di Dio nella fisica moderna.
Negli anni ottanta del XX. secolo il modello dell’universo fondato dalla teoria della relatività generale, il rapporto di Hubble e alla teoria del big bang di Gamow (che prende il nome da Sir F. Hoyle) divenne nell’ambito della cosmologia un modello standard o un canone. Questa teoria venne rafforzata di nuovo quando alla fine degli anni ottanta del XX. sec. orbite spaziale americana COBE misurò con precisione, caratteristiche della radiazione di fondo.
Considerando questi successi della fisica sperimentale ed anche della astronomia osservativa non abbiamo fin adesso nessuna immagine concreta della cosiddetta materia nascosta (su cittata), la quale ci impedisce di comprendere la realtà osservata e quella calcolata. Qualsiasi teoria o modello, il quale nella cosmologia usiamo, sono affermate solo alla cima dell’iceberg – la massa luminosa dell’universo, mentre la più grande parte dell’iceberg cosmologico sta ancora sotto il livello, ciò allora può influenzare ogni modello cosmologico.
Alla fine dell’1993 il telescopio spaziale di Hubble si concentrava alla domanda dell’età dell’universo e quale fine l’universo ha davanti. A questo scopo bisogna che il telescopio sia ben calibrato della scala delle distanze delle galassie, sicché su questa base si calibra anche il rapporto di Hubble e si determina la misura della costante di Hubble.40 L’età dell’universo è indirettamente proporzionale a questa costante.
Però tramite questa calibrazione si è giunto ai risultati più precisi e quindi la costante di Hubble s’è ingrandita più della metà e quindi l’età dell’universo s’abbassò ai soli 8 miliardi di anni!
Per esempio l’età del sistema solare è di soli 4,5 miliardi di anni. Ma gli astronomi hanno precisi numeri dell’età delle alcuni stelle e le stelle storni nelle galassie hanno almeno 12 o 15 miliardi di anni di età.
Con questo fatto alcuni autori radicalmente cambiano lo stato e pensano, che con questo la teoria del big bang è seppellita – e neanche loro offrono alcun’alternativa.
39 HAWKING, p. 191.
40 S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993. Rapporto tra la velocità di recessione di galassie moderatamente remote e la loro distanza. Il valore oggi accettato è di 15 chilometri al secondo per milione di anni-luce. p.222.
Il problema della materia nascosta può probabilmente risolvere la fisica elementare, soprattutto con i nuovi sperimenti.
Poi si mostrerà fino a quanto presenta il sottofondo della materia nascosta il pericolo del modello cosmologico standard. Per quello che riguarda la revisione dell’età dell’universo, rimane la maggioranza dei cosmologi in sospetto. Determinare le distanze secondo le cefeidi nelle altre galassie ha ancora molte riserve e anche differenziazione dello spostamento verso il rosso nei vicini storni delle galassie non è per niente facile. Perciò sarà ancora necessario di raccogliere, sia con i strumenti cosmici sia con le tecnologie nuove sia con i telescopi terrestri, i fatti qualitativamente molto di più buoni, prima che si riesce di affermare, migliorare o totalmente abbandonare tale teoria.”41
Non rimane che migliorare.
Tutto,
teorie, strumenti, opinioni,…
Epilogo
Hawking in uno dei suoi ultimi libri, alla domanda di un’intervistatrice della BBC, Sue Lawley, che chiedeva a lui se con la sua ricerca sui fondamenti della cosmologia, “fosse riuscito del tutto a fare a meno di Dio”, ha risposto:
Tutto ciò che la mia opera ha dimostrato è che non si deve dire che il mondo con cui l’universo ha avuto inizio sia stato un capriccio personale di Dio. Rimane però ancora la domanda: perché l’universo si dà la pena di esistere. Se crede, può dire che Dio sia la risposta a questa domanda.(Hawking, 1993, 204).42
41 Cfr. J. GRYGAR, Krize teorie velkého třesku, in „Universum 21“, Praha 1996. p. 5.
42 Cfr. G. BASTI, A.L. PERRONE, Filosofia della Natura e della Scienza, dispense, P.U.L., Roma, 2000. p. 197.Cfr.
BIBLIOGRAFIA
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G. BASTI, A.L. PERRONE, Filosofia della Natura e della Scienza, dispense P.U.L. , Roma, 2000, p.197.
J. GRYGAR, Krize teorie velkého třesku, Universum, Praha 1996
J.GRYGAR, Žeň objevů 1999, www.ta3.sk/zne/zneXXXIV1999E.html#9
S.W.HAWKING, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli, Milano, 19887
KOLEKTIV AUTORŮ, Filosofický slovník, Olomouc, 19982. pp. 25, 45, 74, 158, 327, 394, 419.
A. MOLINARO, Lessico di Metafisica, San Paolo, Cinisello Balsamo (Milano),1998. Pp. 44-45.
S. MURATORE, L’evoluzione cosmologica, Ave ed., Roma 1993. pp. 91-106, 219-234.
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OLDŘICH HLAD, JAROSLAV PAVLOUSEK, Přehled astronomie, Polytechnická knižnice SNTL, Praha 1990. pp. 11,187.
ROZUM DO KAPSY – MALÁ ENCYKLOPEDIE, Albatros, Praha, 1995. pp.7-60.
Pacek, Pavel: Sull’origine dell’universo in Stephen W. Hawking (A Brief History of Time), Facultas philosophiae, Pontificia universitas studiuorum Lateranensis, Roma 2001