Idee sull'Universo - il libro di Corrado Ruscica

Sin dagli albori della civiltà, l’uomo ha sempre rivolto lo sguardo verso le stelle allo scopo di trovare una sorta di relazione che collegasse, in qualche modo, gli uomini e gli astri attraverso gli dei. Con il solo ausilio dell’occhio nudo, gli antichi edificavano edifici o enormi strutture in pietra, i megaliti, per studiare i movimenti del Sole, dei pianeti e delle stelle, e seguire l’alternarsi delle stagioni. Insomma per gli antichi il cielo era una sorta di gigantesco orologio sopra le teste che serviva per osservare e prevedere il movimento degli astri, spesso legato al destino di re, degli uomini e della storia. Le prime idee sull’Universo si fanno risalire al 400 a.C. circa quando il filosofo greco Aristotele immaginava l’esistenza di un sistema planetario dove la Terra occupasse il suo centro e dove tutti gli astri allora conosciuti, inclusi il Sole e la Luna, orbitassero attorno ad essa in una sorta di struttura a cipolla.

Ci sono voluti quasi duemila anni di studi e di osservazioni prima di arrivare, nel 1543, ad una vera e propria rivoluzione scientifica e concettuale che assumeva invece il Sole, e non la Terra, al centro del sistema planetario: nasceva così il sistema eliocentrico di Copernico. Perfezionato in seguito grazie alle leggi del moto di Keplero, il modello eliocentrico fu, per così dire, dimostrato sperimentalmente nel 1609 quando Galileo, utilizzando il suo cannocchiale, fu in grado di osservare le fasi di Venere, il movimento dei satelliti di Giove, chiare evidenze a favore del modello copernicano. Galileo si può considerare senza alcun dubbio il primo astronomo “moderno” perché con lui nacque il metodo sperimentale, che consisteva nel ricavare dati dalle osservazioni e formulare teorie che lo stesso Galileo mise a confronto, con grande coraggio, con la dottrina ortodossa dell’epoca e che, in seguito, gli valsero le accuse di eresia da parte della chiesa. Dunque con Galileo si apre la porta della Scienza da cui sono passati tutti i più grandi scienziati, a partire da Isaac Newton. Quest’ultimo riprese gli studi di Galileo sulla caduta libera dei gravi e riuscì a formulare, nel 1687, una teoria che unificava, per la prima volta, i fenomeni della meccanica terrestre con quelli della meccanica celeste. Sebbene Newton avesse inventato, per così dire, la Fisica, grazie all’utilizzo di leggi matematiche che si basavano sull’osservazione dei fenomeni naturali, tuttavia egli non aveva idea di come funzionasse la gravità o di quale fosse la sua origine. Questo problema rimase ignorato per ben 200 anni finchè non apparse sulla scena il grande genio di Albert Einstein. E’ stato, senza alcun dubbio, lo scienziato più famoso del XX secolo senza il quale, quasi certamente, non avremmo fatto passi da gigante verso la comprensione dell’Universo. Einstein rivoluzionò i concetti di spazio e di tempo, unificandoli nel continuo spaziotempo quadridimensionale, e persino il concetto stesso di gravità che veniva ora interpretata non più come una forza che agisce istantaneamente a distanza tra due corpi bensì come la curvatura o la deformazione della geometria dello spaziotempo attorno ad un corpo dotato di grande massa. Famosa rimase la frase di John Wheeler:  la materia dice allo spaziotempo come curvarsi mentre lo spaziotempo dice alla materia come deve muoversi.

Oggi la relatività generale costituisce la miglior teoria che abbiamo a disposizione per descrivere l’Universo su grande scala ma rimane una teoria classica, cioè non completa, dato che porta a valori infiniti della densità e della temperatura quando ci si avvicina all’istante di tempo t=0 in prossimità della singolarità iniziale, il Big-Bang. Sebbene Einstein era convinto che non ci fosse mai stato un momento della creazione, egli introdusse nelle sue equazioni un termine, la famosa costante cosmologica, proprio per eliminare il problema dell’origine del cosmo e rendere perciò statico l’intero Universo. Ma la sua teoria portava inevitabilmente alla conclusione secondo cui l’Universo doveva aver avuto un inizio, un fatto che era stato implicato indirettamente prima dalla scoperta di Edwin Hubble, nel 1926, riguardante la recessione delle galassie distanti e successivamente, nel 1965, dalla scoperta della radiazione cosmica di fondo ad opera di Arno Penzias e Robert Wilson, due risultati che costituiscono i pilastri fondamentali su cui si basa il modello cosmologico standard e che, in quegli anni, eliminarono per sempre le idee di Fred Hoyle il quale credeva invece ad un Universo eterno e stazionario. Nonostante venne accettato dalla stragrande maggioranza dei cosmologi come la teoria ufficiale per descrivere la nascita e l’evoluzione dell’Universo, tuttavia il modello presentava delle lacune relative, ad esempio, all’espansione dell’Universo. Intanto, le misure effettuate sulla radiazione cosmica di fondo avevano messo in evidenza il fatto che la temperatura stessa della radiazione fosse stranamente uniforme in ogni direzione del cielo. Dunque l’Universo doveva essere molto più grande di quanto immaginato per poter tenere conto di questa caratteristica distribuzione di temperatura. Per spiegare ciò, negli anni ‘80 Alan Guth introdusse un modello, detto dell’espansione inflazionaria, con il quale si ritiene che l’Universo abbia attraversato una fase di rapida espansione, partendo da un volume di spazio molto piccolo e tale da far sì che tutte le sue parti abbiano avuto il tempo di comunicare tra loro per rendere perciò uniforme la temperatura dello spazio.

Certamente non abbiamo delle prove scientifiche sul fatto che l’Universo abbia trascorso, nei suoi primissimi istanti iniziali, una fase di rapida espansione e perciò non sappiamo con certezza se l’inflazione sia effettivamente avvenuta. Per provare tutto ciò occorre effettuare misure precise e dettagliate della radiazione cosmica di fondo e vedere se ci sono delle tracce lasciate, ad esempio, dalla propagazione di onde gravitazionali, che possano essere riconducibili appunto al periodo dell’espansione inflazionaria. Dai dati della recente missione WMAP, un satellite che la NASA ha messo in orbita nel 2001 e che aveva lo scopo di effettuare una mappa dettagliata del cielo dedicata alla distribuzione della radiazione cosmica di fondo, è stato possibile ottenere una sorta di fotografia dell’Universo quando aveva un’età di circa 400.000 anni dopo il Big-Bang. I dati di WMAP hanno fornito, per la prima volta, una sorta di “stele di Rosetta cosmica” e davano ragione a Guth o perlomeno erano consistenti con il modello dell’espansione inflazionaria.

La missione del satellite Planck dell’ESA, attualmente in corso, avrà lo scopo di fornirci una mappa ancora più dettagliata della radiazione cosmica di fondo per spiegare, si spera, alcuni punti ancora oscuri del modello cosmologico standard. Oggi sappiamo che l’Universo ha un’età di circa 13,7 miliardi di anni, che le prime stelle si sono formate circa 200 milioni di anni dopo il Big-Bang, che è costituito dal 4% di materia visibile, cioè di materia ordinaria costituita dagli atomi e dalle particelle elementari, che il restante 96% è a noi sconosciuto e che lo spazio si espande in maniera accelerata.

Arrivati a questo punto, ci chiediamo: Di che cosa è fatto allora l’Universo? Che cos’è l’energia scura? E’ stato effettivamente il Big-Bang l’istante iniziale che ha dato origine all’Universo o si può parlare di uno stato fisico prima del Big-Bang? E poi, quale sarà il destino dell’Universo? L’idea di scrivere questo libro nasce dall’esigenza di rispondere a queste domande raccogliendo in un volume gli argomenti discussi al Planetario di Milano, con cui collaboro ormai da circa dieci anni. Ora dato che la lettura è uno dei modi migliore di apprendere le cose, ho pensato di scriverle in un testo che mi permettesse di raccontare quelle che sono le nostre attuali idee sull’Universo, senza però tralasciare il percorso storico che ha portato gli scienziati alle scoperte fondamentali e alla formulazione di modelli e teorie grazie alle quali oggi siamo in grado di comprendere, almeno in parte, come funziona il mondo che ci circonda.