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Teorie sull'origine dell'universo

Una conferenza dell'astronomo americano Halton Arp

Si è tenuta recentemente a Misano una conferenza dal titolo "Confutazioni osservative della teoria del Big-Bang". Relatore era un astronomo americano: Halton Arp, che presentava in forma divulgativa e con molte immagini le sue obiezioni alla teoria del Big-Bang. Nel corso degli ultimi due secoli sono fondamentalmente due le teorie che si sono fronteggiate nello spiegare i fenomeni astronomici: quella del Big-Bang, oggi quasi unanimemente accettata come la più plausibile, e quella dell'universo stazionario preferita da Arp. Ecco un breve riassunto delle due teorie:

Il Big-Bang

Negli anni '20 un astronomo americano, Edwin Hubble, scoprì che la luce proveniente dalle galassie che stava studiando presentava una interessante anomalia: l'esame dello spettro (cioè delle componenti della radiazione luminosa) mostrava quello che tecnicamente si definisce spostamento verso il rosso (red shift). Senza entrare nei particolari, questa proprietà implica una conseguenza molto importante: ogni galassia si allontana dal nostro pianeta con velocità tanto maggiore quanto più essa dista da noi.

Questo risultato non deve essere interpretato pensando che la Terra stia al centro dell'universo e che le galassie ne vengano repulse come in balìa di chissà quale misteriosa e potente forza; se per un attimo proviamo a pensare alla Terra come al minuscolo pianeta che gira attorno ad una stella, il Sole, che insieme a vari miliardi di suoi simili forma una delle miriadi di galassie esistenti, allora francamente l'interpretazione sopra esposta sembra un inspiegabile privilegio cosmico di cui il nostro "sassolino" godrebbe in base a non so quale prerogativa che lo renda unico. Tenuto conto della assoluta "insignificanza" del nostro pianeta,dal punto di vista delle dimensioni del cosmo, dobbiamo convenire che è logico attendersi di fare le stesse osservazioni di Hubble in ogni punto dello spazio; arriviamo così a concludere che da ogni punto di osservazione vedo qualsiasi altro punto (galassia) allontanarsi. Il che porta alla inevitabile conclusione che l'universo è in espansione.

Un modello semplificato dell'universo descritto da quest'ultima interpretazione può essere ottenuto disegnando dei punti su un palloncino: quando viene gonfiato (espansione) tutti i punti si allontanano reciprocamente. Ripetendo al contrario l'esperimento del palloncino, si vede come venga spontaneo pensare che ogni galassia sia partita da un punto comune: se penso di togliere aria invece di immetterla, invertendo quindi il senso di scorrimento del tempo, ottengo l'effetto di "sgonfiamento" dell'universo e il conseguente collasso in un punto. Secondo la teoria del Big-Bang (grande esplosione), proposta da Gamow negli anni '40, l'universo inteso come spazio e tempo, ha avuto origine da una "singolarità", un punto senza dimensioni né geometriche né temporali in un periodo compreso tra 10 e 17 miliardi di anni fa. Il Big-Bang è quindi l'istante di origine sia dello spazio che del tempo. Inutile quindi porsi domande del tipo "che cosa c'era prima": semplicemente non c'era un "prima" e nemmeno un luogo in cui esserci qualcosa. Dopo la sua comparsa l'universo cominciò ad espandersi e la temperatura a diminuire; alcuni minuti dopo il Big-Bang, un ipotetico termometro avrebbe segnato circa un miliardo di gradi centigradi mentre oggi lo spazio vuoto è a circa meno duecento e passa gradi centigradi. Attenzione a non farsi trarre in inganno dalla suggestività del nome dato alla teoria: nessun bagliore accompagnò la comparsa dell'universo in quanto la luce cominciò a circolare solo molto tempo dopo, tantomeno vi furono boati o suoni di qualsiasi genere in quanto il suono ha bisogno di un mezzo per propagarsi (aria, acqua,….).

L'Universo stazionario

E' la teoria più antica e semplice in quanto corrisponde alle osservazioni che tutti possiamo fare direttamente sulla volta celeste. Partendo da una visione semplicistica che descriveva un universo di estensione infinita e popolato da un numero infinito di stelle, questa teoria si è dovuta evolvere per aderire ai principali risultati osservativi e teorici che via via venivano resi disponibili dai vari campi di ricerca.

Una prima barriera venne posta nel 1826 dal cosiddetto paradosso di Olbers: Se l'universo fosse pieno di infinite stelle esso non potrebbe essere buio come noi lo osserviamo. Successivamente, nel 1895, Seelinger e Neumann dimostrarono che anche ammettendo un numero finito (per quanto grande) di stelle e galassie, le leggi della dinamica newtoniana non sono compatibili con un universo infinito e riempito uniformemente di materia: l'universo è inevitabilmente in movimento. Inoltre De Sitter, studiando le equazioni della relatività generale di Einstein, dimostrò che un universo non vuoto non può che espandersi. Conclusione che, come abbiamo visto, venne sostenuta dalle osservazioni di Hubble e che costituisce un elemento di contatto tra le due teorie rivali. In un certo senso l'espansione è oggi una caratteristica imprescindibile per qualsiasi teoria che voglia provare a spiegare l'evoluzione del cosmo. Per superare questa serie di attacchi la teoria dello stato stazionario ha una sola residua possibilità: postulare la creazione di materia nell'universo. Quando le galassie esistenti, nel loro moto di allontanamento reciproco, superano il limite dell'universo osservabile, il loro posto viene occupato da nuove galassie che, ritenuto verosimile il postulato di creazione di materia, potrebbero formarsi continuamente: cosicché l'aspetto complessivo dell'universo si mantiene uguale nonostante il moto di espansione.

Vediamo ora come si inserisce il discorso di Arp a sostegno della teoria dello stato stazionario ed a confutazione di quella del Big-Bang. Le osservazioni dell'astronomo americano riguardano in modo particolare i Quasar (dall'inglese quasi-stellar…., parola già sufficiente a descrivere l'imbarazzo che provocò la loro scoperta) che sono oggetti molto strani del cosmo: presentano uno spostamento verso il rosso altissimo rispetto a tutti gli altri corpi celesti e vengono quindi considerati nella moderna impostazione teorica come gli oggetti più lontani tanto nello spazio che nel tempo, questo secondo la seguente linea di ragionamento:

red-shift elevato à grande velocità di allontanamento à elevata distanza.

Arp produce una quantità di dati che implicano una distanza paragonabile, da noi, tra molti Quasar e altre galassie osservabili. La conferma di queste osservazioni farebbe cadere l'ultimo passaggio della sequenza logica precedente, in quanto esisterebbero corpi dal red-shift elevatissimo, la cui velocità di allontanamento potrebbe anche essere altissima (non è questo il punto interessante) ma che si trovano vicini ed in alcuni casi anche legati ad oggetti il cui red-shift è abissalmente diverso. La teoria del Big-Bang avrebbe non poche difficoltà nello spiegare la stretta vicinanza di due oggetti con differenze tanto grandi di red-shift, anche se però alcune spiegazioni sono state proposte. Secondo Arp i Quasar sarebbero corpi "emessi" dalle galassie con una grandissima velocità iniziale (da cui il red-shift elevato); nel loro moto di allontanamento essi rallentano e quando arrivano ad un ben preciso valore di spostamento verso il rosso sviluppano una nuova galassia che prosegue il suo cammino indipendente nel cosmo. Questa visione fornirebbe quindi la fondamentale condizione di esistenza per la teoria dell'universo stazionario spiegando il meccanismo di creazione di materia nel cosmo.

Queste sono in sintesi le conclusioni che Arp ha tratto dai suoi dati: comunque degne della massima attenzione anche se dalla introduzione alla conferenza è emerso un certo atteggiamento di emarginazione della scienza "ufficiale" nei confronti di questa teoria. Molte volte però la scienza "ufficiale" è dovuta tornare sui suoi passi, e quindi ben vengano personaggi come Arp che non ha esitato a contraddire principi dati ormai per acquisiti, arrivando a conclusioni perfettamente aderenti alle evidenze osservative, per quanto strane esse possano apparire.

Christian Vescovi

EPILOGO FILOSOFICO

L'universo eterno che la teoria di Arp ci propone mette in discussione il dogma della creazione divina. L'astronomia ha sempre avuto ripercussioni teologiche sin dai tempi di Galileo, ma questa volta, seguendo Arp, un Dio creatore sarebbe escluso dal cosmo. Ci sarebbe ancora una possibilità: basterebbe infatti far coincidere l'eternità dell'universo con l'eternità di Dio per avere così un panteismo di comodo. Ma il panteismo, come notava Schopenhauer, non significa nulla.

Forse resta una scappatoia matematica. Sappiamo che esistono, in astratto, diversi livelli di infinito; un buon matematico-teologo potrebbe dirci che l'infinità temporale di Dio è di ordine superiore all'infinità temporale dell'universo arpiano. Ma a questo punto come si inserirebbe l'istante della creazione divina? Certo non è una bella situazione per un dio ricorrere ad espedienti matematici per creare il mondo !

Casavino


 
 
 
 
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