Con chi è cominciata la cosmologia moderna? Molti di noi probabilmente punterebbero il dito su Copernico, Galileo o Newton, ma l’opinione di un eminente fisico americano è un’altra: secondo Leonard Susskind, gli apripista della moderna concezione dell’universo sarebbero stati Darwin e Wallace.
Ma perché mai? Il motivo è che hanno espugnato la fortezza più inattaccabile del pensiero teleologico (l’idea secondo la quale le cose avverrebbero per un fine): se la vita può essere nata per caso, perfezionata via via da quello che l’evoluzionista Richard Dawkins definiva un “orologiaio cieco”, nulla richiederà più un intervento soprannaturale.
Dunque, mai più che un astronomo riempia un baule di scritti allucinati sull’apocalisse – in effetti, fece abbastanza scalpore tra i membri della Royal Society ereditare questo lascito dal loro più illustre collega insieme alla legge di gravitazione – ormai tutto ciò che esisteva era completamente alla mercè delle equazioni dei fisici.
Un po’ di storia
È curioso che lo sguardo più acuto che si levò verso quel cielo così despiritualizzato fu quello di un prete-astronomo belga, Georges Lemaitre, che seppe vedere dove lo stesso Einstein non era arrivato a indagare. Correva l’anno 1917 e il grande scienziato tedesco si accingeva a ricalibrare le sue equazioni di relatività generale inserendo una costante, lambda, che avrebbe avuto da allora una storia molto tormentata. Il fatto è che Einstein introdusse questo termine in base a un suo pregiudizio filosofico, ovvero che l’universo dovesse essere statico ed eterno: lambda, da allora chiamato costante cosmologica, doveva rappresentare una forza repulsiva dello spazio che controbilanciasse la forza di gravità.
Lemaitre non era d’accordo: fu il primo a capire che le equazioni di Einstein potevano descrivere un universo dinamico e pensava che per rimanere fedele alle proprie idee filosofiche il collega stesse sfidando la predizione più straordinaria della propria teoria. Einstein però era inamovibile: “I suoi calcoli sono corretti ma la sua fisica è abominevole” si schermiva. Il belga non si dava per vinto e durante le loro lunghe chiacchierate in molti ironizzavano sul fatto che a far loro compagnia c’era sempre il “piccolo agnello” (in inglese lamb).
Per far ricredere Einstein ci sarebbero volute schiaccianti prove sperimentali: anche questa è una vicenda scientifica che vale la pena delineare brevemente.
L’osservatorio del Monte Wilson, in California, era dotato negli anni Venti del telescopio più potente al mondo. Qui lavorava il giovane Edwin Hubble, che divenne l’eroe acclamato di questa storia, ma pochi sanno che alle sue spalle c’era stato il lavoro gravoso e svilente di un’astronoma. Henrietta Swan Leavitt, in quanto donna, non poteva usare i telescopi ed era impiegata come computer umano per esaminare e catalogare migliaia e migliaia di lastre fotografiche di oggetti celesti. Fu lei ad avere un’intuizione che anni dopo avrebbe spianato la strada ad Hubble. Si rese conto che alcune stelle a luminosità variabile, chiamate cefeidi, hanno un periodo di pulsazione proporzionale alla luminosità assoluta.
Perché questa scoperta fu così importante? Il punto è che un corpo celeste può apparire più luminoso di altri semplicemente perché è più vicino: di qui la definizione di luminosità apparente. Ma ora la pulsazione delle cefeidi – e quindi la loro luminosità assoluta – consentiva di stimarne la distanza.
Ecco cosa fece Hubble: puntò il telescopio verso le cefeidi della nebulosa di Andromeda e…ops! Forse Andromeda in fondo non era una nebulosa: era troppo distante per far parte della nostra galassia. E così moltissimi altri oggetti che si credevano nebulose. Un altro notevole allargamento del mondo da quando si credeva nella sfera delle stelle fisse.
A questo punto bastò osservare un fenomeno che sperimentiamo quotidianamente quando camminiamo su un marciapiede e ci passa accanto un’ambulanza: in fase di avvicinamento aumenta la frequenza delle onde sonore, che tendono invece a diradarsi quando il veicolo si allontana. Si chiama effetto Doppler e per grandi velocità vale anche per le onde luminose: ecco perché, quando Lemaitre lesse che Hubble aveva osservato uno spostamento verso il rosso dei colori delle altre galassie, ebbe la conferma che aveva ragione. L’universo si stava espandendo, e alla svelta. Fu allora che Einstein capitolò, dicendo che la costante cosmologica era stata il più grande abbaglio della sua carriera. Quindi via – avrebbe detto – depennate il lambda dalle equazioni…ma stavolta era Lemaitre a non essere d’accordo. E perché mai?
Il fatto è che riavvolgendo il nastro dell’espansione dell’universo all’attuale velocità secondo le misure di Hubble, tutto convergerebbe in un punto in appena un miliardo di anni. E qui il belga, precorrendo di nuovo i tempi, capì due cose fondamentali. Primo: pensare a tutto ciò che esiste concentrato in un punto, a un atomo primitivo, può non essere una semplice assurdità; può anzi essere la frontiera per una sintesi tra meccanica quantistica e relatività. Secondo: come ci insegnano le scienze della Terra e della vita, l’universo non può avere solo un miliardo di anni: processi geologici e biologici conosciuti ne richiedono almeno quattro. Conclusione? In passato la velocità di espansione doveva essere inferiore, ergo l’espansione sta accelerando. Questo ci porta al nome con cui è nota ai più la costante cosmologica: si tratta della celebre energia oscura. Caro Albert – avrebbe pensato Georges – forse il tuo lambda non era tanto una cattiva pensata.
Figli di un miracolo
Nella speranza che queste vicende intellettuali e umane, che sono valse all’uomo moderno un nuovo posto nel mondo, abbiano meritato l’attenzione del lettore, mostrerò adesso per quale motivo il lambda e la visione moderna del cosmo sono così degni di riflessione.
Quando si parla delle condizioni che rendono possibile la vita, spesso ci si limita a pensare a un esopianeta in una fascia abitabile intorno a una stella con acqua allo stato liquido, un’atmosfera, un campo magnetico e via dicendo. Più difficilmente spostiamo la domanda a livelli più fondamentali, dando per scontato, in un’ingenuità che definirei “lucreziana” perché figlia di un innocente materialismo semplicistico, che le particelle si debbano aggregare, che le forze debbano essere quelle che sono.
Sempre di più i fisici, tuttavia, si rendono conto che la lista delle particelle fondamentali, come l’insieme delle loro interazioni, sono essenzialmente arbitrari: potrebbero tranquillamente essere diversi da quelli che sono. L’unico criterio quasi universalmente valido è che qualsiasi parametro ci si azzardi a discostare anche di poco dalla tavola apparecchiata da Madre Natura, ecco che la vita diventa impossibile.
Parliamo di casi in cui gli elettroni volerebbero via dai nuclei, rendendo impossibile la chimica organica, o situazioni in cui gli stessi nuclei si disgregherebbero, oppure i protoni acquisterebbero la capacità di decadere in neutroni minando alla base la tavola periodica. I fotoni potrebbero avere massa e si potrebbe dire addio, tra le altre cose, alla relatività, mentre basterebbero lievissime modifiche al processo di fusione nucleare nelle stelle per impedire la sintesi di elementi come il carbonio. Ma insomma, è quasi inutile discuterne: finanche le dimensioni spaziali potrebbero concretamente essere più o meno di tre.
È tuttavia nella cosmogenesi che l’unicità del nostro universo biofilico, cioè capace di ospitare la vita, si dispiega in tutta la sua meraviglia. Gli attori del prodigio sono tre: la forza di gravità, la già decantata costante cosmologica e lo stato giovanile del cosmo in cui queste due forze cominciarono ad agire, condizione di cui abbiamo notizia dalla radiazione cosmica di fondo. Essa rappresenta la luce e il calore dell’universo 380 000 anni dopo il Big Bang, ossia il primo momento in cui dal plasma primordiale la luce cominciò a viaggiare in tutte le direzioni. Dal momento che il cosmo, in questi quasi 14 miliardi di anni, si è immensamente dilatato, allo stesso modo si è stirata la radiazione di fondo, diradando la frequenza e diminuendo di temperatura.
Quello che ci interessa davvero di questa radiazione primigenia è che è straordinariamente uniforme: le “grumosità” sono dell’ordine di 1 su 100 000. Se le imperfezioni fossero state poco più accentuate, la gravità avrebbe formato una giungla di enormi buchi neri; se fossero state ancora più impercettibili, non sarebbe stata capace di creare galassie e stelle. Per contro, se si compensasse la situazione aumentando l’intensità della forza di gravità, le stelle brucerebbero troppo in fretta per dare a eventuali forme di vita il tempo di evolversi.
E la costante cosmologica? Probabilmente uno dei motivi che le sono valsi l’etichetta di energia oscura è che l’energia repulsiva che secondo il parere dei fisici dovrebbe essere associata allo spazio vuoto è tremendamente più grande: per l’esattezza, la costante cosmologica è centoventi ordini di grandezza più piccola di quanto atteso. Una regolazione tanto fine quanto provvidenziale, perché, come aveva già capito Lemaitre, il nostro è un universo esitante: dal momento della “fotografia” della radiazione cosmica di fondo si aprì una finestra di alcuni miliardi di anni in cui la gravità poté plasmare indisturbata galassie e stelle. Solo in seguito la repulsione cosmica divenne apprezzabile e sarebbero bastati uno o due ordini di grandezza in più nella regolazione di lambda perché la finestra d’opportunità si chiudesse troppo presto.
Tirando le somme, dopo il beneplacito del pensiero evoluzionista alla completa razionalizzazione dell’esistente, la nemesi della biologia sembra ora invocare un disegno intelligente per rendere conto del nostro universo ospitale. Ci sono alternative scientifiche?
Oltre l’orizzonte
Una strada praticabile è che il mondo, ancora una volta, sia un posto ben più grande di quanto crediamo. È possibile che la nostra sia una delle molteplici realtà permesse da un multiverso. Sarebbe naturale, a questo punto, che noi ci trovassimo in un particolare universo che consente la vita, così come è logico trovare certi organismi nel loro specifico habitat e non altrove. È un concetto, questo, che pur essendo molto semplice ha fatto molto discutere e prende il nome di principio antropico.
Ci sono due diverse teorie del multiverso. La prima prende atto degli sviluppi della teoria delle stringhe che prevedono la possibile esistenza di almeno dieci elevato alla cinquecento mondi diversi dal nostro e postula che essi possano prendere forma come bollicine in espansione in una turbolenta cascata. Il fenomeno di formazione delle bollicine è tecnicamente una fluttuazione quantistica del vuoto gonfiata dall’inflazione – una forma di espansione esponenziale – e la cascata nella metafora sta a rappresentare la cosiddetta inflazione eterna. In pratica, ci sarebbe un rapporto di filiazione tra gli universi in cui quelli che si espandono più in fretta sarebbero anche i più prolifici. Ammesso che ciò possa accadere anche nel nostro universo, con una costante cosmologica piccolissima, i nuovi mondi rimarrebbero al di là del nostro orizzonte cosmologico (il limite ultimo da cui ci arriva luce, che però non coincide affatto con il confine dell’universo, molto più grande per via dell’energia oscura comunque presente).
L’altra visione del multiverso, a cui matematicamente può essere ricondotta anche la prima teoria, prende le mosse dall’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica proposta già nel 1957 da Hugh Everett. L’intuizione nasceva dal fatto che in meccanica quantistica l’atto di osservazione o misurazione costringe il sistema a “decidersi”, ossia, nel caso di un’onda, sorge la necessità di decidere se manifestarsi come particella in un luogo o in un altro. Secondo l’interpretazione canonica, la scelta provoca irrimediabilmente lo scarto di tutto il restante ventaglio di possibilità. Ma – pensò Everett – se tutte queste possibilità invece si esprimessero, in mondi reali tanto quanto il nostro? È una prospettiva sconcertante, che darebbe adito a un numero da capogiro di universi paralleli.
Quanto alle leggi fisiche, ovvero quello che ci interessa per rendere conto della biofilia, torna qui utile il concetto di accidente congelato: durante la fase del Big Bang caldo finanche le proprietà fondamentali del cosmo sarebbero state in via di definizione. Nel numero stratosferico di diverse storie, come in un enorme albero filogenetico darwiniano, anche la nostra linea di discendenza sarebbe stata rappresentata al pari di tutte le altre, e questo, al di là di tutti i risvolti strabilianti della teoria, suggellerebbe la fecondità di un pensiero che, in fin dei conti, avrebbe viaggiato anche più lontano dei pur distanti arcipelaghi dell’Indonesia e delle Galapagos: sarebbe penetrato nei più lontani recessi cosmici per poi tornare indietro con un nuovo capitolo della storia che nessuna dottrina ha saputo raccontare meglio: perché siamo qui?
Bibliografia:
- Hertog T., Sull’origine del tempo. Milano, Rizzoli, 2023
- Tonelli G., Milano, Universale economica Feltrinelli, 2020
- Susskind L., Il paesaggio cosmico. Milano, Adelphi, 2007
- Nomura Y., Il multiverso quantistico. Le Scienze 388, 1 agosto 2017