L'ARCHITETIURA DEL COSMO

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Gastone Carletti
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interrogarsi, anzi sono più numerosi negli ultimi anni. Che cos'è la teoria dei quanti a un secolo dalla sua nascita? Uno straordinario tuffo profondo nella natura della realtà?

Quando Einstein muore, Bohr, il suo grandissimo rivale, ha parole di commovente ammirazione.

Fino all'ultimo, la voglia di confrontarsi e capire di più. Fino all'ultimo, il dubbio.

1 interrogarsi, anzi sono più numerosi negli ultimi anni. Che cos'è la teoria dei quanti a un secolo dalla sua nascita? Uno straordinario tuffo profondo nella natura della realtà? Un abbaglio, che funziona per caso? Un pezzo incompleto di un puzzle? O un indizio di qualcosa di profondo che riguarda la struttura del mondo e che non abbiamo ancora ben digerito? Quando Einstein muore, Bohr, il suo grandissimo rivale, ha parole di commovente ammirazione. Quando pochi anni dopo muore Bohr, qualcuno prende una fotografia della lavagna nel suo studio: c'è un disegno. Rappresenta la«scatola piena di luce» dell'esperimento mentale di Einstein. Fino all'ultimo, la voglia di confrontarsi e capire di più. Fino all'ultimo, il dubbio. LEZIONE TERZA L'ARCHITETIURA DEL COSMO Nella prima metà del XX secolo, Einstein ha descritto la trama dello spazio e del tempo con la teoria della relatività, mentre Bohr e i suoi giovani amici hanno catturato in equazioni la strana natura quantistica della materia. Nella seconda metà del XX secolo, i fisici hanno costruito su queste fondamenta, applicando le due nuove teorie ai domini più vari della natura: dal macrocosmo della struttura dell'universo, al microcosmo delle particelle elementari. Del primo parlo in questa lezione, del secondo nella prossima. Questa lezione è fatta soprattutto di semplici disegni. Il motivo è che la scienza, prima di essere esperimenti, misure, matematica, deduzioni rigorose, è soprattutto visioni. La scienza è attività innanzitutto visionaria. Il pensiero scientifico si nutre della capacità di «vedere» le cose in modo diverso da come le vedevamo prima. Senza pretese, voglio provare a offrire un assaggio di questo viaggio fra visioni. Prima immagine: 30 31

Rappresenta il cosmo come è stato concepito per millenni: sotto la Terra, sopra il Cielo.

e alle stelle di girare intorno a noi, rimpiazza questa immagine del cosmo con quest'altra: Ora il Cielo è tutt'intorno alla Terra, non solo

Presto qualcuno (forse Parmenide, forse Pitagora) si rende conto che la forma più ragionevole per questa Terra che vola, per la quale tutte

2 Rappresenta il cosmo come è stato concepito per millenni: sotto la Terra, sopra il Cielo. La prima grande rivoluzione scientifica, compiuta da Anassimandro ventisei secoli fa cercando di capire come sia possibile al Sole, alla Luna e alle stelle di girare intorno a noi, rimpiazza questa immagine del cosmo con quest'altra: Ora il Cielo è tutt'intorno alla Terra, non solo sopra, e la Terra è un grande sasso che gal- leggia sospeso nello spazio, senza cadere. Presto qualcuno (forse Parmenide, forse Pitagora) si rende conto che la forma più ragionevole per questa Terra che vola, per la quale tutte le direzioni sono eguali, è una sfera, e Aristotele descrive argomenti scientifici convincenti per confermare la sfericità della Terra e dei cieli intorno alla Terra, nei quali corrono gli astri celesti. Ecco l'immagine del cosmo che ne risulta

È il cosmo descritto da Aristotele nel suo libro Su'z, e l'immagine del mondo che resterà caratteristica delle civiltà intorno al Mediterraneo, fino alla fine del Medioevo.

Il mondo di Copernico non è molto diverso da quello di Aristotele: Ma c'è una differenza fondamentale: riprendendo un'idea già considerata nell'antichità, e poi abbandonata, Copernico comprende e

Il crescere della conoscenza non si ferma, e presto i nostri strumenti migliorano e impariamo che il sistema solare non è che uno fra moltissimi, e il nostro Sole non è che una stella come le

3 È il cosmo descritto da Aristotele nel suo libro Su'z, e l'immagine del mondo che resterà caratteristica delle civiltà intorno al Mediterraneo, fino alla fine del Medioevo. È questa immagine del mondo che Dante studia a.scuola. Il salto successivo lo compie Copernico, inaugurando quella che si chiama la grande rivoluzione scientifica. Il mondo di Copernico non è molto diverso da quello di Aristotele: Ma c'è una differenza fondamentale: riprendendo un'idea già considerata nell'antichità, e poi abbandonata, Copernico comprende e mostra che la nostra Terra non è al centro della danza dei pianeti, dove invece sta il Sole. Il nostro pianeta diventa uno come gli altri. Gira a gran velocità su se stesso e intorno al Sole. Il crescere della conoscenza non si ferma, e presto i nostri strumenti migliorano e impariamo che il sistema solare non è che uno fra moltissimi, e il nostro Sole non è che una stella come le altre. Un granello infinitesimo in un'immensa nuvola di stelle, formata da cento miliardi di stelle, la Galassia: 34 Ma intorno agli anni Trenta del XX secolo, le misure precise degli astronomi sulle nebulose -nuvolette biancastre fra le stelle- mostrano 35

che anche la Galassia a sua volta non è che un granello di polvere in un'immensa nuvola di galassie, centinaia di miliardi di galassie, che si estende a perdita d'occhio fin dove i più potenti dei

La figura che segue non è un disegno: è una fotografia presa dal telescopio in orbita Hubble, che mostra un'immagine del più profondo che riusciamo a vedere con il più potente dei nostri telescopi: a

Ogni puntino nero dell'immagine è una galassia con cento miliardi di soli simili al nostro. Da pochi anni abbiamo visto che la maggior parte di questi soli hanno intorno pianeti.

4 che anche la Galassia a sua volta non è che un granello di polvere in un'immensa nuvola di galassie, centinaia di miliardi di galassie, che si estende a perdita d'occhio fin dove i più potenti dei nostri telescopi riescono a vedere. Il mondo ora è diventato una distesa uniforme e sconfinata. La figura che segue non è un disegno: è una fotografia presa dal telescopio in orbita Hubble, che mostra un'immagine del più profondo che riusciamo a vedere con il più potente dei nostri telescopi: a occhio nudo sarebbe un piccolissimo pezzettino di nerissimo. Al telescopio, appare una spolverata di galassie lontanissime. Ogni puntino nero dell'immagine è una galassia con cento miliardi di soli simili al nostro. Da pochi anni abbiamo visto che la maggior parte di questi soli hanno intorno pianeti. Esistono quindi migliaia di miliardi di miliardi di pianeti come la Terra, nell'universo. E in ogni direzione si guardi questo è ciò che appare. Ma questa uniformità sterminata, a sua volta, non è che apparente. Come ho illustrato nella prima lezione, lo spazio non è piatto, è curvo. La trama stessa dell'universo, spruzzata di galassie, dobbiamo immaginarla mossa da onde simili alle onde del mare, talvolta così agitate da creare i varchi che sono i buchi neri. Torniamo dunque alle immagini disegnate, per rappresentare questo universo solcato da grandi onde. E infine, oggi sappiamo che questo cosmo immenso, elastico, e costellato di galassie, è cresciuto per una quindicina di miliardi di anni, emergendo da una nuvola piccola, caldissima e densissima. Per rappresentare questa visione, non dobbiamo più disegnare l'universo, ma dobbiamo disegnare l'intera storia dell'universo. Eccola schematica: 36 37

L'universo nasce come una piccola palla e poi esplode

Questa è la nostra immagine attuale dell'universo,

5 L'universo nasce come una piccola palla e poi esplode fino alle sue attuali dimensioni cosmiche. Questa è la nostra immagine attuale dell'universo, alla scala più grande che conosciamo. C'è altro? C'era qualcosa prima? Forse sì. Ne parlerò fra un paio di lezioni. Esistono altri universi simili, o diversi? Non lo sappiamo. 38

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