QUALE DESTINO PER L'UNIVERSO?
Un gran botto simile al Big Bang dal quale è nato, un freddo crescente e inesorabile che avvolge tutto, perfino una fine improvvisa e inattesa, che potrebbe avvenire già domani. Ecco gli scenari sulla fine del Cosmo, delineati dagli scienziati: quale di essi si verificherà realmente?
Fra le idee che più recentemente si sono affermate nella cultura umana vi è quella di evoluzione, cioè la consapevoleza che la realtà non è statica e immutabile, ma si trasforma. Cambiano gli individui, le culture e le nazioni, le specie viventi, i pianeti e le stelle. E cambia anche il Cosmo nel suo insieme. L'ultimo tentativo di immaginare un universo uguale a se stesso in ogni luogo e anche in ogni tempo risale agli anni quaranta, quando Herman Boni, Thomas Gold e Fred Hoyle proposero il modello dello stato stazionario, nel quale l'espansione cosmica veniva compensata dalla continua creazione di materia. Un modello che ricevette il colpo di grazia negli anni settanta, con la scoperta della radiazione di fondo e la spiegazione della formazione degli elementi più leggeri durante il Big Bang. Da più di trenta anni sappiamo che l'universo ha avuto un'origine, che è nato insieme allo spazio e al tempo. Ma se c'è stato un inizio è inevitabile chiedersi se ci sarà anche una fine e come sarà. L'evoluzione della cultura ha visto domande e temi propri della filosofia finire per diventare oggetto di indagine scientifica: dello spazio e del tempo si è occupata la fisica, dell'origine della vita la biologia, della coscienza la neurologia e la psicologia. L'origine e il destino del cosmo, su cui quali generazioni di filosofi hanno speculato, sono ora appannaggio dell'astrofisica e della fisica delle particelle. Che aprono scenari sconcertanti e ipotizzano un universo che finisce in un gran botto analogo a quello dal quale è nato, oppure in un fredddo e in un vuoto crescenti e inesorabili, o perfino con una morte improvvisa e inattesa, magari domani stesso. Una risposta ancora non c'è, e certo dipende dalla massa totale, un parametro intorno al quale fervono gli studi, soprattutto per capire cos'è la misteriosa materia oscura e quanta ce n'è. Ogni epoca ha i suoi grandi problemi scientifici. Quello sul destino del cosmo è uno degli enigmi più affascinanti del nostro presente.
SE IL TEMPO VA AL CONTRARIO.........
Ogni ragazzino sa bene che è più facile far confusione nella propria cameretta che riordinarla come vorrebbe la mamma. E tutti siamo consapevoli che il disordine e il caos aumentano, e noi dobbiamo affannarci per contrastarli. Perle di saggezza popolare, che la scienza ha formalizzato nel secondo principio della termodinamica: "il calore fluisce spontaneamente ai corpi caldi a quelli freddi e mai al contrario". Così se mettiamo un cubetto di ghiaccio in un bicchiere di acqua calda, finiremo per avere del liquido uniformemente tiepido. Troveremmo strano che il ghiaccio si formasse da sè in un bicchiere tiepido mentre il resto dell'acqua diventa sempre più calda. Analogamente una tazza che cade da un tavolo va in frantumi, e ci sembrerebbe innaturale vedere i cogli raccogliersi e saltare sul ripiano. Insomma il disordine aumenta, e la scienza lo misura con una grandezza: l'entropia.
L'ordine di un sistema fisico esprime la sua capacità di fornire energia. Per esempio si può sfruttare la differenza di temmperatura fra il ghiaccio e l'acqua calda per ottenere del lavoro, mentre dal liquido tiepido non si può estrarre nulla: acqua e ghiaccio rappresentano un sistema più ordinato. Il secondo principio afferma che in un sistema isolato, cioè un insieme di corpi che non può scambiare nè materia nè energia con l'ambiente esterno, il disordine cresce inesorabilmente. Se viene aggiubta energia dall'esterno l'entropia può anche diminuire. Se rimettiamo a posto la camera diminuiamo il disordine, ma a patto di fare fatica, cioè fornire energia al sistema-camera. L'entropia può diminuire localmente ma deve necessariamente crescere su scala globale. L'universo è un sistema isolato, perchè non esiste un "fuori" dal quale ricavare energia. Quindi, per il secondo principio, la sua entropia complessiva può soltanto crescere. All'inizio del tempo l'universo si trovava in una condizione sufficientemente ordinata da permettere la formazione di stelle, pianeti e creature viventi. Ma quando ogni astro avrà ceduto il proprio calore non rimarrà che un oceano uniforme di gas inerte: sarà la "morte termica" dell'universo. Una prospettiva deprimente, ma qualcuno ha suggerito una possibiltà diversa: se l'espansione cosmica dovesse arrestarsi per trasformarsi in una contrazione, anche l'entropia potrebbe cominciare a diminuire. E il cosmo diventerebbe sempre più ordinato: iceberg che si formano nell'acqua sempre più calda, cocci che si raccolgono a formare tazze, morti che resuscitano. Assurdo? Forse no. Stephen Hawking ha scritto: "l'entropia cresce nel tempo perchè noi misuriamo il tempo nel verso in cui cresce l.'entropia".
LO SCONTRO FRA IL PASSATO E IL FUTURO
E' possibile che in qualche punto dell'universo la freccia del tempo vada al contrario, l'entropia diminuisca invece di aumentare, le galassie si stiano avvicinando, e il Big Bang sarebbe un Big Crunch e viceversa? E' l'affascinante e inquietante ipotesi del fisico americano Lawrence Schulman della Clarkson University. L'accoglienza della comunità scientifica è stata freddina, ma lo scienziato ha qualche argomento a suo favore. Se all'inzio di un esperimento raccogliamo del gas in un angolo di una stanza, ci aspettiamo che in breve tempo si espanda fino a occupare tutto il locale. Ci stupiremmo moltissimo se le molecole si concentrassero tutte spontaneamente in un angolo. Eppure Schulman fa notare che tutto dipende dalle condizioni che si impongono sul sistema. Invece di stabilire cosa accade all'inizio, potremmo determinare le condizioni del gas alla fine. E imporre, per esempio, che al termine dell'esperimento le molecole si trovino concentrate in uno spazio ristretto. Del resto per la matematica non c'è problema: le equazioni della fisica mostrano che le particelle non hanno preferenze per una direzione temporale particolare. E il fenomeno appena descritto del gas, per quanto molto improbabile nella realtà a cui siamo abituati, non è impossibile in linea di principio. Fra le obiezioni all'ipotesi di Schulman, una sostiene che nei punti sul confine fra regioni con freccie temporali opposte l'interazione dovrebbe distruggere l'equilibrio. Ma lo studioso con una simulazione al computer ha mostrato che i due versi del tempo possono coesistere tranquillamente. Tuttavia cìè un prezzo "filosofico" da pagare: bisognerebbe rinunciare a ammettere che esiste il libero arbitrio, perchè alcune azioni in grado di modificare il passato sarebbero proibite dalle leggi della fisica.
FINE PRIMA PARTE
SECONDA PARTE: OGNI FORMA HA IL SUO FATO e UN COSMO TROPPO "SOTTOPESO"
TERZA PARTE: UN COSMO TROPPO "SOTTO PESO"
PER APPROFONDIMENTI:
Barrow: i numeri dell'Universo
Penrose: la strada che conduce alla realtà
Hawking: la gravità quantistica
Davies: Dio e la nuova fisica
Fra le idee che più recentemente si sono affermate nella cultura umana vi è quella di evoluzione, cioè la consapevoleza che la realtà non è statica e immutabile, ma si trasforma. Cambiano gli individui, le culture e le nazioni, le specie viventi, i pianeti e le stelle. E cambia anche il Cosmo nel suo insieme. L'ultimo tentativo di immaginare un universo uguale a se stesso in ogni luogo e anche in ogni tempo risale agli anni quaranta, quando Herman Boni, Thomas Gold e Fred Hoyle proposero il modello dello stato stazionario, nel quale l'espansione cosmica veniva compensata dalla continua creazione di materia. Un modello che ricevette il colpo di grazia negli anni settanta, con la scoperta della radiazione di fondo e la spiegazione della formazione degli elementi più leggeri durante il Big Bang. Da più di trenta anni sappiamo che l'universo ha avuto un'origine, che è nato insieme allo spazio e al tempo. Ma se c'è stato un inizio è inevitabile chiedersi se ci sarà anche una fine e come sarà. L'evoluzione della cultura ha visto domande e temi propri della filosofia finire per diventare oggetto di indagine scientifica: dello spazio e del tempo si è occupata la fisica, dell'origine della vita la biologia, della coscienza la neurologia e la psicologia. L'origine e il destino del cosmo, su cui quali generazioni di filosofi hanno speculato, sono ora appannaggio dell'astrofisica e della fisica delle particelle. Che aprono scenari sconcertanti e ipotizzano un universo che finisce in un gran botto analogo a quello dal quale è nato, oppure in un fredddo e in un vuoto crescenti e inesorabili, o perfino con una morte improvvisa e inattesa, magari domani stesso. Una risposta ancora non c'è, e certo dipende dalla massa totale, un parametro intorno al quale fervono gli studi, soprattutto per capire cos'è la misteriosa materia oscura e quanta ce n'è. Ogni epoca ha i suoi grandi problemi scientifici. Quello sul destino del cosmo è uno degli enigmi più affascinanti del nostro presente.
SE IL TEMPO VA AL CONTRARIO.........
Ogni ragazzino sa bene che è più facile far confusione nella propria cameretta che riordinarla come vorrebbe la mamma. E tutti siamo consapevoli che il disordine e il caos aumentano, e noi dobbiamo affannarci per contrastarli. Perle di saggezza popolare, che la scienza ha formalizzato nel secondo principio della termodinamica: "il calore fluisce spontaneamente ai corpi caldi a quelli freddi e mai al contrario". Così se mettiamo un cubetto di ghiaccio in un bicchiere di acqua calda, finiremo per avere del liquido uniformemente tiepido. Troveremmo strano che il ghiaccio si formasse da sè in un bicchiere tiepido mentre il resto dell'acqua diventa sempre più calda. Analogamente una tazza che cade da un tavolo va in frantumi, e ci sembrerebbe innaturale vedere i cogli raccogliersi e saltare sul ripiano. Insomma il disordine aumenta, e la scienza lo misura con una grandezza: l'entropia.
L'ordine di un sistema fisico esprime la sua capacità di fornire energia. Per esempio si può sfruttare la differenza di temmperatura fra il ghiaccio e l'acqua calda per ottenere del lavoro, mentre dal liquido tiepido non si può estrarre nulla: acqua e ghiaccio rappresentano un sistema più ordinato. Il secondo principio afferma che in un sistema isolato, cioè un insieme di corpi che non può scambiare nè materia nè energia con l'ambiente esterno, il disordine cresce inesorabilmente. Se viene aggiubta energia dall'esterno l'entropia può anche diminuire. Se rimettiamo a posto la camera diminuiamo il disordine, ma a patto di fare fatica, cioè fornire energia al sistema-camera. L'entropia può diminuire localmente ma deve necessariamente crescere su scala globale. L'universo è un sistema isolato, perchè non esiste un "fuori" dal quale ricavare energia. Quindi, per il secondo principio, la sua entropia complessiva può soltanto crescere. All'inizio del tempo l'universo si trovava in una condizione sufficientemente ordinata da permettere la formazione di stelle, pianeti e creature viventi. Ma quando ogni astro avrà ceduto il proprio calore non rimarrà che un oceano uniforme di gas inerte: sarà la "morte termica" dell'universo. Una prospettiva deprimente, ma qualcuno ha suggerito una possibiltà diversa: se l'espansione cosmica dovesse arrestarsi per trasformarsi in una contrazione, anche l'entropia potrebbe cominciare a diminuire. E il cosmo diventerebbe sempre più ordinato: iceberg che si formano nell'acqua sempre più calda, cocci che si raccolgono a formare tazze, morti che resuscitano. Assurdo? Forse no. Stephen Hawking ha scritto: "l'entropia cresce nel tempo perchè noi misuriamo il tempo nel verso in cui cresce l.'entropia".
LO SCONTRO FRA IL PASSATO E IL FUTURO
E' possibile che in qualche punto dell'universo la freccia del tempo vada al contrario, l'entropia diminuisca invece di aumentare, le galassie si stiano avvicinando, e il Big Bang sarebbe un Big Crunch e viceversa? E' l'affascinante e inquietante ipotesi del fisico americano Lawrence Schulman della Clarkson University. L'accoglienza della comunità scientifica è stata freddina, ma lo scienziato ha qualche argomento a suo favore. Se all'inzio di un esperimento raccogliamo del gas in un angolo di una stanza, ci aspettiamo che in breve tempo si espanda fino a occupare tutto il locale. Ci stupiremmo moltissimo se le molecole si concentrassero tutte spontaneamente in un angolo. Eppure Schulman fa notare che tutto dipende dalle condizioni che si impongono sul sistema. Invece di stabilire cosa accade all'inizio, potremmo determinare le condizioni del gas alla fine. E imporre, per esempio, che al termine dell'esperimento le molecole si trovino concentrate in uno spazio ristretto. Del resto per la matematica non c'è problema: le equazioni della fisica mostrano che le particelle non hanno preferenze per una direzione temporale particolare. E il fenomeno appena descritto del gas, per quanto molto improbabile nella realtà a cui siamo abituati, non è impossibile in linea di principio. Fra le obiezioni all'ipotesi di Schulman, una sostiene che nei punti sul confine fra regioni con freccie temporali opposte l'interazione dovrebbe distruggere l'equilibrio. Ma lo studioso con una simulazione al computer ha mostrato che i due versi del tempo possono coesistere tranquillamente. Tuttavia cìè un prezzo "filosofico" da pagare: bisognerebbe rinunciare a ammettere che esiste il libero arbitrio, perchè alcune azioni in grado di modificare il passato sarebbero proibite dalle leggi della fisica.
FINE PRIMA PARTE
SECONDA PARTE: OGNI FORMA HA IL SUO FATO e UN COSMO TROPPO "SOTTOPESO"
TERZA PARTE: UN COSMO TROPPO "SOTTO PESO"
PER APPROFONDIMENTI:
Barrow: i numeri dell'Universo
Penrose: la strada che conduce alla realtà
Hawking: la gravità quantistica
Davies: Dio e la nuova fisica
Commenti
Mi sa che forse la verità è una mescolanza di tutte queste teorie.
Resto in attesa della seconda parte!