Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Qual è la differenza fra il modo di pensare - e di vedere di uno scienziato e di chi non lo è? Una risposta banale è che lo scienziato cerca le cause dei fenomeni, mentre agli altri bastano i fenomeni, i fatti così come sono. Ma questa è, appunto, una risposta banale, perché non c’è bisogno di essere uno scienziato per cercare la causa di un evento. Una risposta diversa è quella che si trova nel saggio di Amedeo Balbi, astrofisico che insegna all’Università di Tor Vergata a Roma e che ha scritto «Il buio oltre le stelle. L’esplorazione dei lati oscuri dell’Universo». Lo scienziato cerca quello che non si vede e problemi che non si sono ancora posti, problemi oscuri, appunto. Forse anche per questo molti politici non capiscono che cosa sia la scienza, perché non hanno abbastanza immaginazione. Balbi, invece, di immaginazione ne ha molta, oltre alla capacità di farci vedere quello che altrimenti sfugge al nostro sguardo. I «lati oscuri dell’Universo» sono tanti, dall’energia oscura alla materia oscura. Se sono oscuri, come li si cerca e li studia? «È vero, è una faccenda che merita un chiarimento. Quando parliamo di componenti oscure, in astronomia, ci riferiamo al fatto che non emettono luce visibile o, più in generale, radiazione elettromagnetica. Ma ciò non significa che non lascino tracce della loro presenza. Qualsiasi forma di materia o di energia esercita una forza gravitazionale e quindi anche le componenti oscure devono far sentire il proprio influsso sul resto dell’Universo». Un esempio? «Se il Sole fosse invisibile, si potrebbe dedurre la sua presenza e misurarne la massa studiando le orbite dei pianeti del Sistema solare. Allo stesso modo, grazie all’effetto che le componenti oscure hanno sulla materia che si riesce a osservare, gli astronomi sono riusciti a stanarle, e a capire qualcosa della loro natura». Se l’Universo è davvero infinito dovrebbero esserci anche infinite stelle e, quindi, il buio non dovrebbe esserci. Eppure di notte il buio c’è. Come si spiega questo che sembra un paradosso? «Bisogna avere le idee chiare sulla struttura complessiva del cosmo e per questo motivo la domanda ha confuso per secoli anche le menti più brillanti. Oggi sappiamo che la s p i e g a z i o n e corretta sta nel fatto che l’Universo ha avuto un’origine. Dato che la luce viaggia a velocità finita, quando guardiamo lontano nello spazio guardiamo anche indietro nel tempo. E, guardando lontano, e quindi molto indietro nel tempo, non troviamo più stelle o galassie semplicemente perché non si erano ancora formate. Questo spiega come mai il cielo notturno non brilla tutto come una stella. Nel buio del cielo è scritta la risposta a una delle più antiche curiosità dell’umanità, quella sull’origine di tutto». Nel libro si racconta la storia dell’ astronomia come un’impresa in cui sempre più spesso le scoperte sono anticipate da un ragionamento matematico. Com’è possibile che un calcolo, cioè un’operazione mentale, anticipi qualcosa che si trova là fuori nel mondo? «Le due cose, osservazione e interpretazione matematica dei fenomeni, dovrebbero procedere di pari passo: ma spesso accade che l’intuizione matematica anticipi qualcosa che poi si rivela far parte della natura del mondo. Il caso più eclatante è quello della Relatività generale di Einstein che, pur partendo da solidi argomenti fisici, giungeva, sulla base di deduzioni geometricomatematiche, a conclusioni apparentemente contrarie a qualsiasi senso comune. Conclusioni che, però, si sono rivelate esatte. È quella che il fisico Eugene Wigner ha definito "l’irragionevole efficacia della matematica": perché mai una deduzione logica, interna al nostro cervello, dovrebbe farci scoprire fenomeni del mondo reale che non avevamo mai osservato prima? È una questione interessantissima, che è stata molto dibattuta, ma non ha mai trovato una risposta del tutto soddisfacente. Va detto anche che oggi la fisica teorica si trova di fronte a una crisi legata, per certi versi, anche a questa irragionevole efficacia delle matematica: la teoria delle stringhe è una splendida costruzione formale, talmente elegante che chiunque l’abbia studiata ritiene impossibile che non sia anche vera, almeno in parte. Ma dal punto di vista sperimentale non ci sono al momento speranze di metterla alla prova. Ci fidiamo della matematica o dell’esperimento? Sta diventando un problema». Un altro enigma è ciò che gli studiosi chiamano «luce fossile»: che cos’è? «È ciò che resta dell’enorme calore che pervadeva l’Universo nelle fasi successive al Big Bang. All’inizio la temperatura nel cosmo era altissima. Quando si sono formati i primi atomi di idrogeno, 380 mila anni dopo il Big Bang, lo spazio brillava come la superficie di una stella. Oggi, dopo miliardi di anni di espansione, l’Universo è diventato freddo e il bagliore iniziale si è trasformato in un debolissimo segnale radio, la “radiazione cosmica di fondo”. Usando strumenti abbastanza sensibili, la si può osservare, ricostruendo un’immagine primordiale. Una testimonianza fossile, appunto». Può esistere qualcosa al di là dell’orizzonte cosmologico? E come si fa a studiare qualcosa oltre i limiti fisici di ciò che si può esplorare? «Ci basiamo su un’estrapolazione di modelli matematici di cui conosciamo la validità solo in un ambito più ristretto, quello dell’Universo osservabile. Di queste estrapolazioni la cosmologia è costretta a farne molte: il fatto sorprendente, semmai, è che spesso si rivelano corrette. Ma, a rigore, che cosa ci sia fuori dell’orizzonte non possiamo e non potremo mai saperlo direttamente». Che cos’è, invece, l’«epoca oscura» di cui parlano gli astronomi? «Parlando del paradosso del cielo buio, dicevo che c’è stata un’epoca, nella storia dell’Universo, in cui non si erano ancora formate stelle e galassie: quel periodo è stato ribattezzato “epoca oscura”. E credo che l’uso di una terminologia con assonanze mitologiche sia stato intenzionale. È un periodo su cui è difficile avere informazioni dirette, ma, al contrario di ciò che si trova fuori dell’orizzonte, ci sono buone speranze di indagare meglio quell’era nel prossimo futuro grazie ai progressi delle tecniche di osservazione». Tra le tracce che i cosmologi cercano ce ne sono anche di sonore: l’armonia delle sfere, di cui parlava Pitagora più di 2500 anni fa, era un’intuizione giusta? «In un certo senso la corrispondenza tra fenomeni fisici e sonori si ritrova un po’ ovunque in natura: è una conseguenza del fatto, scoperto da Fourier, che ogni funzione matematica si può scomporre in una serie di onde. Ma se tutto o quasi si può tradurre in un suono, non è detto che questi suoni siano armonici. In cosmologia, attraverso lo studio della radiazione di fondo, si è scoperto che l’Universo primordiale era attraversato da onde di pressione che si propagavano nella materia densa esattamente come le onde sonore si propagano nell’ aria e che c’erano precise relazioni matematiche tra queste onde, simili a quelle tra le armoniche di uno strumento musicale. La tentazione di vederci una sorta di armonia pitagorica, o il grande “Om”, la vibrazione delle religioni orientali, è forte, ma non mi lascerei prendere la mano. In realtà quelle relazioni matematiche si traducono in un suono sgradevole al nostro udito. Sono armonie piacevoli solo per i cosmologi, che sono riusciti a ricavarne importanti informazioni sulla natura dell’Universo». Quando si sentono gli scienziati parlare di una teoria del tutto, la «Toe», «Theory of everything», nascono molti interrogativi: per costruire una teoria del genere dovremmo poterci collocare all’esterno dell’Universo, nelle parti oscure di cui lei parla nel libro. Ma in un posto del genere, per definizione, non possiamo andarci. E allora che tutto è, quello delle teorie del tutto? «Quello della “Toe” è un miraggio che i fisici hanno inseguito a lungo, ma forse è sempre stato più un orizzonte concettuale che una possibilità concreta. C’è stato persino chi ha tirato in ballo, non so quanto a proposito, il teorema di incompletezza di Gödel per mettere un limite ultimo alla possibilità di comprensione scientifica del mondo. Oggi molti fisici e cosmologi ritengono che il nostro Universo possa essere solo uno fra una moltitudine di altri, ciascuno con caratteristiche fisiche completamente diverse. Se così fosse, la teoriadel tutto sarebbe una descrizione matematica di questo "multiverso", ma non sarebbe in grado di fare specifiche previsioni riguardo ai singoli universi. Tutto ciò che osserviamo nel nostro cosmo, comprese le stesse leggi della fisica, sarebbe solo il risultato di un processo casuale. Inoltre, per mettere alla prova un’ipotesi del genere, avremmo bisogno di informazioni che si trovano fuori dell’orizzonte cosmologico e che sono quindi inaccessibili per definizione. Non so se questa possa essere ritenuta la teoria del tutto che avrebbe sognato un fisico di 50 anni fa». L’immagine della cosmologia che si trae dal libro è quella di una scienza in cui la dimensione empirica è intrecciata a quella teorica e speculativa. Ma così i confini con la filosofia si fanno incerti. Per un filosofo non è un problema, anzi, ma per uno scienziato? «Per uno scienziato è un po’ un problema, in effetti. I cosmologi sono particolarmente sensibili, visto che la nostra disciplina ci ha messo decenni prima di accreditarsi come scienza "dura". Per molti, la paura di sentirsi accusare di fare filosofia fa scattare meccanismi di autodifesa. Sarà per questo che, di recente, Stephen Hawking è arrivato a affermare che la scienza ha ormai ucciso la filosofia, pretesa che mi sembra eccessiva. La cosmologia, oggi, è fondata su osservazioni di grande accuratezza e di solidità e il quadro che descrive l’evoluzione dell’Universo è supportato dall’ evidenza. Ma esiste sempre una frontiera in cui la speculazione, per quanto rigorosa, precede il dato scientifico. E, d’altra parte, quando si ha a che fare con l’origine dell’Universo, con la struttura dello spaziotempo e con la natura di tutto ciò che esiste, una certa inclinazione per le "grandi domande", che poi sono anche quelle della filosofia, sotto sotto bisogna averla. Poi, però, per uno scienziato, le risposte vanno sempre cercate nell’osservazione e nell’esperimento. Se non c’è quel marchio, non è scienza».

FELICE CIMATTI