Capitolo due

La controversia sull’origine dell’universo

PER gli astronauti è entusiasmante fotografare la terra da una navetta spaziale quando la vedono stagliarsi maestosa nel cielo. “È la parte più bella dei voli spaziali”, ha detto uno di loro. Eppure il nostro pianeta sembra molto piccolo se lo si paragona con il sistema solare. Il sole potrebbe contenere un milione di pianeti come il nostro, e avanzerebbe ancora spazio! Comunque sia, questi fatti relativi all’universo hanno qualche attinenza con la vostra vita e il suo significato?

Immaginiamo per un momento di viaggiare nello spazio per farci un’idea obiettiva delle dimensioni della terra e del sole. Il sole non è che una fra un numero immenso di stelle che si trovano in un braccio di quella gigantesca spirale che è la nostra galassia, la Via Lattea, * la quale a sua volta non è che una minuscola parte dell’universo. A occhio nudo si riescono a vedere alcune macchie luminose che in effetti sono altre galassie, come la bellissima Andromeda, che è più grande della Via Lattea. La Via Lattea, Andromeda e una ventina di altre galassie sono raggruppate in virtù di forze gravitazionali in un ammasso, e tutte insieme formano solo una piccola regione di un gigantesco superammasso. Nell’universo ci sono innumerevoli superammassi, e la cosa non finisce lì.

Gli ammassi di galassie non sono disposti nello spazio in maniera uniforme. Su grande scala assomigliano a veli e filamenti che circondano enormi spazi vuoti simili a bolle. Alcune strutture sono talmente lunghe e ampie da assomigliare a gigantesche muraglie. Questo potrebbe sorprendere  molti di coloro che pensano che l’universo si sia creato da solo in un’esplosione cosmica casuale. “Meglio riusciremo a osservare l’universo in tutti i suoi stupendi dettagli”, ha scritto uno dei redattori di Scientific American, “e più ci sarà difficile spiegare con una teoria semplice come ha fatto a diventare così”.

Prove che c’è stato un inizio

Tutte le singole stelle che si vedono a occhio nudo fanno parte della Via Lattea. Fino agli anni ’20 sembrava che questa fosse l’unica galassia. Probabilmente sapete, però, che successive osservazioni condotte con telescopi più potenti hanno dimostrato che non è così. Nell’universo ci sono almeno 50.000.000.000 di galassie. Non stiamo parlando di 50 miliardi di stelle, ma di almeno 50 miliardi di galassie, ciascuna delle quali è costituita da miliardi di stelle come il nostro sole. Eppure non fu la sbalorditiva quantità di immense galassie che scosse le teorie scientifiche negli anni ’20. Fu il fatto che tutte queste galassie sono in movimento.

Gli astronomi scoprirono un fenomeno degno di nota: Facendo passare la luce delle galassie attraverso un prisma si notava che le onde luminose apparivano “allungate”, il che stava ad indicare che la loro fonte si stava allontanando da noi a enorme velocità. Più distanti erano le galassie, più velocemente sembravano allontanarsi. Questo indicava che l’universo si sta espandendo! *

 Anche se non siamo astronomi di professione né dilettanti, è facile capire che se l’universo si sta espandendo questo ha conseguenze di vasta portata per quanto riguarda il nostro passato, e forse anche il futuro di ciascuno di noi. Ci dev’essere stato un qualcosa che ha avviato il processo, una forza abbastanza potente da vincere l’immensa attrazione gravitazionale dell’intero universo. Avete ogni ragione per chiedervi: ‘Da dove può essere venuta tale energia dinamica?’

Benché la maggior parte degli scienziati faccia risalire  l’universo a un inizio estremamente piccolo e denso (una cosiddetta “singolarità”), non si può eludere un problema fondamentale: “Se a un certo punto nel passato l’Universo si trovava vicino a uno stato di singolarità di dimensioni infinitesime e densità infinita, dobbiamo chiederci cosa c’era prima e cosa c’era al di fuori dell’Universo. . . . Dobbiamo affrontare il problema di un Inizio”. — Sir Bernard Lovell.

Questo non richiede solo una fonte di immensa energia. Sono necessarie anche lungimiranza e intelligenza,  perché la velocità di espansione dell’universo sembra calibrata con grande precisione. “Se l’espansione dell’Universo fosse proceduta a una velocità superiore di una parte su mille miliardi”, ha detto Lovell, “tutta la materia dell’Universo si sarebbe già dispersa. . . . E se fosse proceduta a una velocità inferiore di una parte su mille miliardi, le forze gravitazionali avrebbero fatto collassare l’Universo entro il primo miliardo di anni circa. Anche in questo caso, non ci sarebbero state stelle stabili e non ci sarebbe stata la vita”.

Tentativi per spiegare l’inizio

Gli esperti sono attualmente in grado di spiegare l’origine dell’universo? Molti scienziati, che non accettano volentieri l’idea che l’universo sia stato creato da un’intelligenza  superiore, ipotizzano che in virtù di qualche processo esso si sia creato da solo a partire dal nulla. Vi sembra una cosa ragionevole? Queste ipotesi in genere tirano in ballo qualche variante di una teoria (il modello dell’universo inflazionario) * concepita nel 1979 dal fisico Alan Guth. Più di recente, però, Guth ha ammesso che la  sua teoria “non spiega come l’universo sia sorto dal nulla”. Il fisico teorico Andrei Linde è stato più esplicito in un articolo pubblicato su Scientific American: “La spiegazione di questa singolarità iniziale resta il problema più intrattabile della moderna cosmologia”. — Trad. in Le Scienze, gennaio 1995, p. 26.

Se gli esperti in realtà non sanno spiegare né l’origine né i primi sviluppi dell’universo, non dovremmo cercare una spiegazione altrove? In effetti, avete valide ragioni per esaminare alcune prove che molti hanno trascurato ma che possono essere illuminanti in proposito. Una di queste chiama in causa l’esatta intensità di quattro forze fondamentali da cui dipendono tutte le proprietà e le trasformazioni della materia. Qualcuno, sentendo parlare di forze fondamentali, potrebbe avere qualche titubanza, pensando che sia un argomento riservato esclusivamente ai fisici. Non è così. Vale la pena di analizzare i fatti basilari perché ci riguardano da vicino.

 Una calibrazione molto precisa

Le quattro forze fondamentali entrano in gioco tanto nella vastità del cosmo quanto nel mondo dell’infinitamente piccolo, nelle strutture atomiche. Sì, influiscono su tutto quello che vediamo.

Vari elementi chimici essenziali per la vita (in particolare carbonio, ossigeno e ferro) non potrebbero esistere se non fosse per l’estrema precisione con cui le quattro forze sono calibrate nell’universo. Abbiamo già menzionato una di queste forze, la forza gravitazionale. Un’altra è la forza elettromagnetica. Se questa fosse significativamente più debole, gli elettroni non verrebbero trattenuti intorno ai nuclei degli atomi. ‘Sarebbe una cosa grave?’, potrebbe chiedersi qualcuno. Sì, perché in tal caso gli atomi non potrebbero combinarsi tra loro a formare molecole. Viceversa, se questa forza fosse molto più intensa, gli elettroni rimarrebbero intrappolati nei nuclei degli atomi. Non potrebbero verificarsi reazioni chimiche tra atomi, e quindi non potrebbe esistere la vita. Anche da questo punto di vista, è chiaro che la nostra esistenza e la vita stessa dipendono dalla precisa calibrazione della forza elettromagnetica.

 Lo stesso vale su scala cosmica: Una minima differenza nell’intensità della forza elettromagnetica sconvolgerebbe il funzionamento del sole e quindi altererebbe la luce che raggiunge la terra, rendendo difficile o impossibile la fotosintesi nelle piante. Non solo, ma l’acqua potrebbe perdere le sue singolari proprietà, che sono essenziali per la vita. Anche in questo caso, la nostra vita dipende dalla precisa calibrazione della forza elettromagnetica.

Altrettanto essenziale è il rapporto fra l’intensità della forza elettromagnetica e quella delle altre tre forze. Ad esempio, alcuni fisici stimano che questa forza sia 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (10⁴⁰) di volte più intensa di quella gravitazionale. Potrebbe sembrare che faccia ben poca differenza aggiungere un altro zero a tale numero (ottenendo 10⁴¹). Eppure se così fosse la forza gravitazionale sarebbe proporzionalmente più debole, con le conseguenze descritte dall’astrofisico Reinhard Breuer: “Se la forza gravitazionale fosse più debole le stelle sarebbero più piccole, e la pressione gravitazionale al loro interno non genererebbe una temperatura sufficiente a innescare le reazioni di fusione nucleare: il sole non potrebbe splendere”. Potete immaginare cosa significherebbe questo per noi!

E se la forza gravitazionale fosse proporzionalmente più intensa, così che il numero visto prima avrebbe solo 39 zeri (10³⁹)? “Basterebbe questa piccola modifica”, prosegue Breuer, “e la vita media di una stella come il sole risulterebbe drasticamente ridotta”. E altri scienziati ritengono che la calibrazione sia ancora più precisa.

In effetti, due notevoli caratteristiche del sole e di altre stelle sono l’efficienza e la stabilità a lungo termine. Facciamo una semplice analogia. Si sa che, per funzionare bene, il motore di un’automobile ha bisogno di carburante e aria in un preciso rapporto; gli ingegneri progettano  complessi sistemi meccanici ed elettronici per ottimizzare il rendimento. Se questo vale per un semplice motore, che dire delle stelle come il sole, che “bruciano” in maniera così efficiente? Le principali forze in gioco sono calibrate con grande precisione, e sono ottimizzate per permettere la vita. Questa precisione è del tutto casuale? Nell’antichità a Giobbe fu chiesto: “Fosti tu a emanare i decreti che governano i cieli, o a stabilire le leggi della natura sulla terra?” (Giobbe 38:33, The New English Bible) Nessun essere umano potrebbe rispondere di sì a queste domande. E allora da dove proviene questa precisione?

Le due forze nucleari

La struttura dell’universo richiede molto di più della calibrazione delle sole forze gravitazionale ed  elettromagnetica. Ci sono altre due forze che influiscono sulla nostra vita.

Queste due forze agiscono all’interno del nucleo dell’atomo, e sono una chiara dimostrazione di lungimiranza. Prendete il caso della forza nucleare forte, che tiene uniti protoni e neutroni nel nucleo dell’atomo. Grazie a questo legame si possono formare vari elementi, sia leggeri (come elio e ossigeno) che pesanti (come oro e piombo). A quanto pare, basterebbe che questa forza fosse del 2 per cento più debole e potrebbe esistere solo l’idrogeno. Viceversa, se fosse appena un po’ più intensa esisterebbero solo gli elementi più pesanti, ma non l’idrogeno. Questo influirebbe sulla nostra vita? Ebbene, se nell’universo non ci fosse idrogeno il sole non avrebbe il combustibile di cui ha bisogno per irraggiare energia vivificante. E noi, naturalmente, non avremmo né acqua né cibo, dato che l’idrogeno è un componente essenziale di entrambe le cose.

La quarta forza, detta forza nucleare debole, regola il decadimento radioattivo. Inoltre, influisce sulle reazioni  termonucleari all’interno del sole. ‘Questa forza è ben calibrata?’, potreste chiedervi. Il matematico e fisico Freeman Dyson spiega: “L’interazione [o forza] debole è milioni di volte meno intensa della forza nucleare. La sua intensità è esattamente sufficiente a permettere che l’idrogeno solare bruci in modo lento e uniforme. Se questa interazione fosse molto più forte o molto più debole, le forme di vita che dipendono da stelle come il sole sarebbero ancora una volta in difficoltà”. * Sì, la velocità con cui il sole “brucia” l’idrogeno è proprio quella giusta per riscaldare la terra — senza incenerirla — e per mantenerci in vita.

In più, gli scienziati ritengono che la forza debole entri in gioco nelle esplosioni delle supernovae, esplosioni che sono considerate il meccanismo responsabile della produzione e della distribuzione della maggior parte degli elementi. “Se queste forze nucleari fossero in qualsiasi modo leggermente diverse da come sono, le stelle non sarebbero in grado di formare gli elementi di cui voi e io siamo fatti”, spiega il fisico John Polkinghorne.

Si potrebbe continuare, ma probabilmente avete compreso il punto. Queste quattro forze fondamentali sono calibrate con una precisione straordinaria. “Tutt’intorno ci sembra di vedere la prova che la natura ha fatto le cose per bene”, ha scritto il prof. Paul Davies. Sì, la precisione con cui sono calibrate le forze fondamentali ha reso possibili l’esistenza e il funzionamento del sole, del nostro splendido pianeta e, su quest’ultimo, dell’acqua e dell’atmosfera, indispensabili per la vita, nonché di un gran numero di preziosi elementi chimici. Ma chiedetevi: ‘Perché esiste tanta precisione, e da dove proviene?’

 Le caratteristiche che rendono ideale la terra

La nostra esistenza richiede precisione anche sotto altri aspetti. Prendete le dimensioni della terra e la sua posizione in rapporto al resto del sistema solare. Il libro biblico di Giobbe contiene queste domande che inducono all’umiltà: “Dov’eri tu quando io fondai la terra? . . . Chi ne dispose le misure, nel caso che tu lo sappia?” (Giobbe 38:4, 5) Oggi più che mai queste domande esigono una risposta. Perché? A motivo delle straordinarie scoperte che sono state fatte riguardo alla terra, tra cui le sue dimensioni e la sua posizione all’interno del sistema solare.

In nessuna parte dell’universo si è trovato un altro pianeta simile alla terra. È vero che alcuni scienziati additano prove indirette secondo cui attorno ad alcune stelle orbiterebbero degli oggetti centinaia di volte più grandi della terra. La terra, però, è proprio delle dimensioni giuste per la nostra esistenza. In che senso? Se la terra fosse leggermente più grande, la sua attrazione gravitazionale sarebbe maggiore e l’idrogeno, un gas leggero, si accumulerebbe, non riuscendo a sfuggire alla gravità terrestre. L’atmosfera sarebbe quindi inadatta alla vita. D’altra parte, se la terra fosse leggermente più piccola l’ossigeno necessario alla vita sfuggirebbe e le  acque superficiali evaporerebbero. In entrambi i casi, la vita umana sarebbe impossibile.

Inoltre, e anche questo è essenziale per la vita, la terra si trova a una distanza ideale dal sole. L’astronomo John Barrow e il matematico Frank Tipler hanno studiato “il rapporto tra il raggio della terra e la sua distanza dal sole”. I due sono giunti alla conclusione che la vita umana non potrebbe esistere “se questo rapporto fosse leggermente diverso da quello che si osserva”. Il prof. David L. Block fa questo commento: “Dai calcoli risulta che se la terra fosse solo del 5 per cento più vicina al sole, un imponente effetto serra [surriscaldamento del pianeta] si sarebbe verificato circa 4 miliardi di anni fa. Se invece la terra fosse solo dell’1 per cento più lontana dal sole, un’imponente glaciazione [con buona parte del globo coperta dai ghiacci] si sarebbe verificata circa 2 miliardi di anni fa”. — Our Universe: Accident or Design? (L’universo: caso o progetto?)

A questo si aggiunga il fatto che la terra ci mette un giorno per compiere una rotazione attorno al suo asse: la velocità giusta per avere temperature moderate. Venere impiega 243 giorni per compiere una rotazione. Pensate a cosa succederebbe se la terra ruotasse così lentamente! Non potremmo sopravvivere alle temperature estreme che risulterebbero da giorni e notti così lunghi.

Un altro particolare essenziale è l’orbita che la terra descrive attorno al sole. Le comete hanno orbite ellittiche molto allungate. Meno male che non è così nel caso della terra. L’orbita terrestre è quasi circolare. Anche questo ci risparmia letali escursioni termiche.

E non va trascurata nemmeno la posizione del sistema solare. Se fosse più vicino al centro della Via Lattea, l’attrazione gravitazionale delle stelle vicine distorcerebbe l’orbita terrestre. Se invece si trovasse proprio ai margini della galassia il cielo notturno sarebbe quasi  privo di stelle. La luce delle stelle non è essenziale per la vita, ma non è forse vero che dona grande fascino al cielo notturno? E basandosi sulle teorie cosmologiche attuali, gli scienziati hanno calcolato che ai margini della Via Lattea gli elementi chimici necessari per formare un sistema solare come il nostro non sarebbero stati disponibili in quantità sufficiente. *

Legge e ordine

Per esperienza personale, saprete sicuramente che tutte le cose tendono al disordine. Come sa bene qualsiasi padrone di casa, le cose abbandonate a se stesse tendono a rompersi o a disgregarsi. Gli scienziati definiscono questa tendenza “seconda legge della termodinamica”.  Possiamo vedere questa legge all’opera ogni giorno. Se un’automobile o una bicicletta nuova viene abbandonata a se stessa, diventerà un rottame. Se si abbandona a se stesso un edificio andrà in rovina. E l’universo? Ubbidisce anch’esso alla stessa legge. Perciò si potrebbe pensare che in tutto l’universo l’ordine debba cedere il passo al caos completo.

Eppure non sembra che questo stia succedendo, stando a ciò che ha scoperto il prof. Roger Penrose, docente di matematica a Oxford, studiando lo stato di disordine (la cosiddetta “entropia”) dell’universo osservabile. Un modo logico di interpretare queste scoperte è concludere che l’universo ha avuto origine in uno stato di ordine ed è tuttora altamente organizzato. L’astrofisico Alan Lightman ha osservato che gli scienziati “trovano sorprendente che l’universo sia stato creato in uno stato così ordinato”. E ha aggiunto che “qualsiasi teoria cosmologica valida dovrebbe offrire una spiegazione definitiva a questo problema dell’entropia”, dovrebbe cioè spiegare come mai l’universo non è diventato caotico.

In effetti, la nostra stessa esistenza va contro questa legge accettata. E allora perché esistiamo? Come abbiamo già detto, questa è una domanda fondamentale a cui dovremmo cercare di dare una risposta.

[Note in calce]

[Riquadro a pagina 15]

Quante sono le stelle?

Si calcola che la Via Lattea contenga più di 100.000.000.000 (100 miliardi) di stelle. Immaginate un atlante che dedichi una sola pagina a ciascuna di esse, così che il sole e il resto del sistema solare occuperebbero una sola pagina. Di quanti volumi dovrebbe constare per includere tutte le stelle della Via Lattea?

Se i volumi fossero di dimensioni ragionevoli, si dice che questo atlante non potrebbe trovare spazio nella biblioteca pubblica di New York, con i suoi 412 chilometri di scaffali!

Quanto tempo impieghereste ad esaminarlo? “Soltanto per sfogliarlo al ritmo di una pagina al secondo ci vorrebbero più di diecimila anni”, spiega Timothy Ferris in L’avventura dell’universo. Eppure le stelle che formano la nostra galassia non sono che una minima parte di quelle presenti nei 50.000.000.000 (50 miliardi) di galassie che si calcola esistano nell’universo. Se il nostro atlante dedicasse una pagina a ciascuna di quelle stelle, non basterebbero tutti gli scaffali di tutte le biblioteche del mondo per contenerlo. “Quanto più conosciamo l’universo”, osserva Ferris, “tanto più ci rendiamo conto di quanto poco ne sappiamo”. — Trad. di M. Bonini, Leonardo Editore, Milano, 1990, p. 466.

[Riquadro a pagina 16]

I commenti di Jastrow sull’Inizio

Robert Jastrow, che insegna astronomia e geologia presso la Columbia University, ha scritto: “Pochi astronomi avrebbero previsto che questo evento — la nascita improvvisa dell’universo — sarebbe diventato un fatto scientifico assodato, ma in seguito l’osservazione dei cieli mediante i telescopi li ha costretti a tale conclusione”.

E a proposito delle conseguenze di questo fatto ha osservato: “La prova astronomica di un Inizio costringe gli scienziati a una posizione scomoda, poiché è loro convinzione che ogni effetto abbia una causa naturale . . . L’astronomo inglese E. A. Milne ha scritto: ‘Non possiamo fare alcuna asserzione su come stavano le cose [all’inizio]; nell’atto divino della Creazione Dio non ebbe né osservatori né testimoni’”. — Il telaio incantato, trad. di T. Chersi e L. Maldacea, Mondadori, Milano, 1982, pp. 17-19.

[Riquadro a pagina 17]

Le quattro forze fondamentali della natura

1. Gravitazionale: è molto debole a livello atomico. Influisce su oggetti massicci: pianeti, stelle, galassie.

2. Elettromagnetica: è la forza che tiene legati protoni ed elettroni, permettendo la formazione di molecole. Una dimostrazione della sua potenza sono i fulmini.

3. Nucleare forte: tiene uniti protoni e neutroni nel nucleo dell’atomo.

4. Nucleare debole: governa il decadimento degli elementi radioattivi e l’efficienza delle reazioni termonucleari nel sole.

[Riquadro a pagina 20]

Una “serie di coincidenze”

“Basterebbe che la forza nucleare debole fosse un pochino più intensa e non si sarebbe mai prodotto l’elio; basterebbe che fosse un pochino meno intensa e quasi tutto l’idrogeno si sarebbe trasformato in elio”.

“La finestra di opportunità per un universo in cui vi sia dell’elio e vi siano anche supernovae che esplodono è molto ristretta. La nostra esistenza dipende da questa serie di coincidenze, e dalla coincidenza ancor più straordinaria dei livelli dell’energia nucleare predetta da[ll’astronomo Fred] Hoyle. A differenza di tutte le generazioni passate, noi sappiamo come siamo venuti all’esistenza. Tuttavia, come tutte le generazioni passate, non sappiamo ancora perché”. — New Scientist.

[Riquadro a pagina 22]

“Le condizioni speciali presenti sulla terra grazie alle dimensioni ideali del pianeta, agli elementi che lo compongono e all’orbita quasi circolare che descrive a una distanza perfetta da una stella longeva, il sole, hanno reso possibile l’accumularsi dell’acqua sulla superficie terrestre”. (Integrated Principles of Zoology, 7^a ediz.) La vita sulla terra non sarebbe potuta comparire senza l’acqua.

[Riquadro a pagina 24]

Credete solo a ciò che vedete?

Molte persone razionali accettano l’esistenza di cose che non possono vedere. Nel gennaio 1997 la rivista Discover riferiva che gli astronomi avevano scoperto quelli che secondo loro erano una decina di pianeti in orbita intorno a stelle lontane.

“Finora i nuovi pianeti sono noti solo in virtù delle perturbazioni che il loro campo gravitazionale causa al moto della stella madre”. Sì, per gli astronomi gli effetti gravitazionali visibili costituivano un motivo per credere nell’esistenza di corpi celesti mai visti.

Per quegli scienziati l’evidenza indiretta, e non l’osservazione diretta, era un motivo sufficiente per accettare quello che era ancora invisibile. Molti che credono in un Creatore ritengono di avere motivi analoghi per accettare quello che non possono vedere.

[Riquadro a pagina 25]

In La natura dell’universo, Fred Hoyle spiega: “[Per evitare] il problema della creazione dell’Universo . . . sarebbe necessario ammettere che tutto il materiale in esso contenuto è infinitamente vecchio, mentre non può esserlo . . . L’idrogeno viene costantemente convertito in elio . . . Come accade allora che l’Universo consti quasi esclusivamente di idrogeno? Se la materia fosse infinitamente vecchia questo non sarebbe affatto possibile. L’Universo essendo quindi quel che è, la questione della creazione non può essere evitata”. — Trad. di L. Zappa, Bompiani, Milano, 1953, p. 127.

[Immagine alle pagine 12 e 13]

Il sole (riquadro) è insignificante all’interno della Via Lattea, qui illustrata con la galassia a spirale NGC 5236

La Via Lattea contiene più di 100 miliardi di stelle, e non è che una degli oltre 50 miliardi di galassie esistenti nell’universo conosciuto

[Immagini a pagina 14]

L’astronomo Edwin Hubble (1889-1953) capì che lo spostamento verso il rosso della luce proveniente da remote galassie indica che l’universo è in espansione, e dunque ha avuto un inizio

[Immagini a pagina 19]

La precisa calibrazione delle forze che governano il sole determina proprio le condizioni ideali per la vita sulla terra