Darwin e il cosmo Evoluzione delle specie ed evoluzione dell’universo Sebastiano Sonego1 Belluno, 11 gennaio 2014 1 [email protected] Cos’ha a che vedere Darwin con la cosmologia? Apparentemente, nulla! Darwin era un naturalista: si occupava di scienze della vita. Un tema vasto, ma peculiare alle condizioni particolari sul pianeta Terra. Dal punto di vista cosmico, del tutto insignificante... Cos’ha a che vedere Darwin con la cosmologia? Apparentemente, nulla! Darwin era un naturalista: si occupava di scienze della vita. Un tema vasto, ma peculiare alle condizioni particolari sul pianeta Terra. Dal punto di vista cosmico, del tutto insignificante... Cos’ha a che vedere Darwin con la cosmologia? Apparentemente, nulla! Darwin era un naturalista: si occupava di scienze della vita. Un tema vasto, ma peculiare alle condizioni particolari sul pianeta Terra. Dal punto di vista cosmico, del tutto insignificante... La Terra nel cosmo Un pianeta che ruota attorno a una stella media... ... in una galassia che contiene da 100 a 400 miliardi di stelle. Nell’universo visibile vi sono circa 200 miliardi di galassie... La Terra nel cosmo Un pianeta che ruota attorno a una stella media... ... in una galassia che contiene da 100 a 400 miliardi di stelle. Nell’universo visibile vi sono circa 200 miliardi di galassie... La Terra nel cosmo Un pianeta che ruota attorno a una stella media... ... in una galassia che contiene da 100 a 400 miliardi di stelle. Nell’universo visibile vi sono circa 200 miliardi di galassie... Darwin e il cosmo E tuttavia, a un’analisi meno superficiale, vi sono punti di contatto significativi fra lo studio degli organismi viventi e lo studio del cosmo: 1 Eventi cosmici e vita sulla Terra; 2 Darwin e Copernico; 3 Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo; 4 L’universo è “biofriendly”. Darwin e il cosmo E tuttavia, a un’analisi meno superficiale, vi sono punti di contatto significativi fra lo studio degli organismi viventi e lo studio del cosmo: 1 Eventi cosmici e vita sulla Terra; 2 Darwin e Copernico; 3 Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo; 4 L’universo è “biofriendly”. Darwin e il cosmo E tuttavia, a un’analisi meno superficiale, vi sono punti di contatto significativi fra lo studio degli organismi viventi e lo studio del cosmo: 1 Eventi cosmici e vita sulla Terra; 2 Darwin e Copernico; 3 Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo; 4 L’universo è “biofriendly”. Darwin e il cosmo E tuttavia, a un’analisi meno superficiale, vi sono punti di contatto significativi fra lo studio degli organismi viventi e lo studio del cosmo: 1 Eventi cosmici e vita sulla Terra; 2 Darwin e Copernico; 3 Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo; 4 L’universo è “biofriendly”. Darwin e il cosmo E tuttavia, a un’analisi meno superficiale, vi sono punti di contatto significativi fra lo studio degli organismi viventi e lo studio del cosmo: 1 Eventi cosmici e vita sulla Terra; 2 Darwin e Copernico; 3 Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo; 4 L’universo è “biofriendly”. Darwin e Darwin Eventi cosmici e vita sulla Terra La Terra è nel cosmo, e le condizioni sul nostro pianeta possono essere influenzate da eventi cosmici, a volte drammaticamente... Ordoviciano-Siluriano: l’85 % delle specie animali (tutte marine) si estinse. Un “gamma-ray burst” dovuto all’esplosione di un’ipernova vicina (6000 anni-luce) avrebbe privato in pochi secondi la Terra di metà del suo strato di ozono. (Una teoria controversa e non molto diffusa...) Ordoviciano-Siluriano: l’85 % delle specie animali (tutte marine) si estinse. Un “gamma-ray burst” dovuto all’esplosione di un’ipernova vicina (6000 anni-luce) avrebbe privato in pochi secondi la Terra di metà del suo strato di ozono. (Una teoria controversa e non molto diffusa...) Cretacico-Terziario: l’80 % delle specie animali (fra cui i dinosauri) si estinse. Un meteorite di circa 10 km di diametro cadde nei pressi dell’attuale cittadina di Chicxulub. Cretacico-Terziario: l’80 % delle specie animali (fra cui i dinosauri) si estinse. Un meteorite di circa 10 km di diametro cadde nei pressi dell’attuale cittadina di Chicxulub. Copernico Darwin e Copernico Darwin e Copernico Un libro dalle conseguenze rivoluzionarie. Esigenza di ridimensionare il nostro ruolo. Fortissima reazione/resistenza da parte delle autorità religiose. Principio Copernicano (esteso): La Terra, e tutto ciò che vi risiede, non ha un ruolo speciale nell’ordine delle cose. Darwin e Copernico Un libro dalle conseguenze rivoluzionarie. Esigenza di ridimensionare il nostro ruolo. Fortissima reazione/resistenza da parte delle autorità religiose. Principio Copernicano (esteso): La Terra, e tutto ciò che vi risiede, non ha un ruolo speciale nell’ordine delle cose. Darwin e Copernico Un libro dalle conseguenze rivoluzionarie. Esigenza di ridimensionare il nostro ruolo. Fortissima reazione/resistenza da parte delle autorità religiose. Principio Copernicano (esteso): La Terra, e tutto ciò che vi risiede, non ha un ruolo speciale nell’ordine delle cose. Darwin e Copernico Un libro dalle conseguenze rivoluzionarie. Esigenza di ridimensionare il nostro ruolo. Fortissima reazione/resistenza da parte delle autorità religiose. Principio Copernicano (esteso): La Terra, e tutto ciò che vi risiede, non ha un ruolo speciale nell’ordine delle cose. Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo Con Darwin, si afferma l’idea che le specie viventi subiscano cambiamenti nel tempo. Nel XX secolo l’idea di un cosmo (pressoché) immutabile viene definitivamente abbandonata. Le stelle evolvono, le galassie evolvono, l’universo stesso evolve. Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo Con Darwin, si afferma l’idea che le specie viventi subiscano cambiamenti nel tempo. Nel XX secolo l’idea di un cosmo (pressoché) immutabile viene definitivamente abbandonata. Le stelle evolvono, le galassie evolvono, l’universo stesso evolve. Mutabilità delle specie e mutabilità del cosmo Con Darwin, si afferma l’idea che le specie viventi subiscano cambiamenti nel tempo. Nel XX secolo l’idea di un cosmo (pressoché) immutabile viene definitivamente abbandonata. Le stelle evolvono, le galassie evolvono, l’universo stesso evolve. N.B.: evoluzione = mutamento (non necessariamente in meglio...) Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc Le scale cosmiche Diametro della Terra: 13 000 km. Distanza Sole-Terra: 150 Mkm = 1 unità astronomica (au) Distanza Sole-Plutone: 39.5 au Distanza Sole-Sirio: 8.7 anni-luce (ly) ≈ 2.65 parsec (pc) [1 pc ≈ 3.26 ly] Diametro di una galassia: 30 ÷ 50 kpc Distanza fra galassie: ∼ 1 Mpc Raggio dell’universo osservabile: ∼ 14 Gpc L’espansione cosmica Edwin P. Hubble, 1929 Le galassie si allontanano da noi con velocità proporzionale alla loro distanza: v =Hd H ≈ 67(km/s)/Mpc ≈ 1 13.8 miliardi di anni L’espansione cosmica Edwin P. Hubble, 1929 Le galassie si allontanano da noi con velocità proporzionale alla loro distanza: v =Hd H ≈ 67(km/s)/Mpc ≈ 1 13.8 miliardi di anni Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Una conseguenza della legge di Hubble è che, circa 1 ≈ 13.8 miliardi di anni H nel passato, le galassie si trovavano tutte concentrate nella regione di spazio in cui ci troviamo noi ora! Solo apparentemente incompatibile con il principio copernicano! Un osservatore su un’altra galassia giungerebbe esattamente alle stesse conclusioni. Se le velocità di recessione seguissero un’altra legge (ad esempio v = H d 2 ), questo non sarebbe più vero e il principio copernicano verrebbe violato. Contrariamente alle apparenze, l’esistenza di un’espansione cosmica non contraddice il principio copernicano... Anzi: il fatto che vi sia un’espansione, e che essa sia regolata proprio dalla legge di Hubble e non da un’altra, costituisce una fortissima evidenza in suo favore! Cosa accadde 13÷14 miliardi di anni fa? L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: L’universo “inizia” in una fase estremamente densa e calda. Le condizioni sono tali che nemmeno le particelle elementari possono esistere in forma stabile. Es.: e+ e− ←→ γ γ Si espande, raffreddandosi. Dopo 3 minuti, elettroni, protoni e neutroni sono “disponibili”. Dopo 20 minuti, i nuclei di elio si sono formati. La temperatura è ormai troppo bassa perché si formino nuclei più pesanti del 7 Li. Dopo 380 000 anni, gli elettroni si combinano con i nuclei, formando atomi di 1 H e 4 He (e di altri elementi leggeri). Di questo periodo abbiamo una “fotografia”: PLANCK (20 marzo 2013) Le differenze di colore rivelano piccolissime disomogeneità (una parte su 100 000) nella distribuzione di materia. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Dopo 400 milioni di anni, le piccole disomogeneità sono cresciute. All’interno di esse, l’idrogeno si condensa formando stelle di prima generazione, mantenute calde da processi di fusione termonucleare. Grazie al calore generato da questi processi, è possibile la sintesi di elementi pesanti (fra cui il carbonio 12 C) all’interno delle stelle. Al termine della loro esistenza, le stelle esplodono (supernovæ), disperdendo gli elementi formati nello spazio. Il gas interstellare si coagula nuovamente, dando origine a stelle di seconda generazione, che possono essere dotate di sistemi planetari. Il Sole è una stella di terza generazione. La Terra si forma circa 4.5 miliardi di anni fa. Questa storia dipende dai valori di alcuni parametri che compaiono nelle leggi fisiche, o che caratterizzano il nostro universo: costante di gravitazione universale velocità della luce costante di Planck carica elettrica fondamentale massa dell’elettrone massa del protone parametro di espansione (“costante” di Hubble) H densità dell’universo ....... Se questi valori fossero un po’ diversi, cambierebbero i dettagli, ma non il quadro generale. Ne siamo davvero sicuri? Questa storia dipende dai valori di alcuni parametri che compaiono nelle leggi fisiche, o che caratterizzano il nostro universo: costante di gravitazione universale velocità della luce costante di Planck carica elettrica fondamentale massa dell’elettrone massa del protone parametro di espansione (“costante” di Hubble) H densità dell’universo ....... Se questi valori fossero un po’ diversi, cambierebbero i dettagli, ma non il quadro generale. Ne siamo davvero sicuri? Questa storia dipende dai valori di alcuni parametri che compaiono nelle leggi fisiche, o che caratterizzano il nostro universo: costante di gravitazione universale velocità della luce costante di Planck carica elettrica fondamentale massa dell’elettrone massa del protone parametro di espansione (“costante” di Hubble) H densità dell’universo ....... Se questi valori fossero un po’ diversi, cambierebbero i dettagli, ma non il quadro generale. Ne siamo davvero sicuri? Esempi. 1 Per esempio, che cosa accadrebbe se la costante di gravitazione G, anziché 6.67 × 10−11 m3 kg−1 s−2 , fosse 10 volte più grande, 6.67 × 10−10 m3 kg−1 s−2 , o 10 volte più piccola, 6.67 × 10−12 m3 kg−1 s−2 ? Vediamo gli effetti sull’evoluzione stellare... Esempi. 1 Per esempio, che cosa accadrebbe se la costante di gravitazione G, anziché 6.67 × 10−11 m3 kg−1 s−2 , fosse 10 volte più grande, 6.67 × 10−10 m3 kg−1 s−2 , o 10 volte più piccola, 6.67 × 10−12 m3 kg−1 s−2 ? Vediamo gli effetti sull’evoluzione stellare... G = 6.67 × 10−11 m3 kg−1 s−2 (valore reale) Il Sole trascorre molto tempo (∼ 10 miliardi di anni) come stella della sequenza principale. La vita sulla Terra può formarsi ed evolversi. G = 6.67 × 10−10 m3 kg−1 s−2 (> valore reale) Il Sole nasce come gigante azzurra e consuma assai rapidamente il suo combustibile nucleare. Non c’è tempo perché si formi vita! G = 6.67 × 10−12 m3 kg−1 s−2 (< valore reale) Il Sole nasce come nana rossa; vive a lungo, ma irraggia pochissima energia. La vita non può svilupparsi: fa troppo freddo! ... o troppo caldo! In realtà, non è del tutto escluso che le nane rosse possiedano una regione abitabile. Ma in un universo composto di nane rosse la nucleosintesi degli elementi più pesanti dell’elio sarebbe impossibile! ... o troppo caldo! In realtà, non è del tutto escluso che le nane rosse possiedano una regione abitabile. Ma in un universo composto di nane rosse la nucleosintesi degli elementi più pesanti dell’elio sarebbe impossibile! Ma il Sole è una stella tipica, quindi se G avesse un valore diverso da quello che effettivamente ha, la vita non sarebbe possibile nell’universo! Anche se non conoscessimo il valore di G, potremmo dedurlo (con buona approssimazione) dal fatto che esistiamo. Ma il Sole è una stella tipica, quindi se G avesse un valore diverso da quello che effettivamente ha, la vita non sarebbe possibile nell’universo! Anche se non conoscessimo il valore di G, potremmo dedurlo (con buona approssimazione) dal fatto che esistiamo. Esempi. 2 Se il tasso di espansione dell’universo primordiale fosse stato, p. es., di una parte su dieci milioni minore di quello che era, l’attrazione gravitazionale avrebbe fatto ricollassare l’universo molto prima che si formassero galassie e stelle. Se fosse stato di una parte su dieci milioni maggiore, le piccole disomogeneità non sarebbero riuscite a condensarsi e a formare le galassie. Esempi. 3 L’unica reazione nucleare che può condurre al carbonio è 3 4 He → 12 C . Affinché questa possa realizzarsi, è necessario che il nucleo di 12 C possieda un livello energetico di 7.7 MeV [Hoyle, 1953], cosa che effettivamente accade. Se l’interazione forte fosse diversa per più del 5 0/00, il livello energetico avrebbe un valore troppo diverso e la sintesi del carbonio — e degli elementi più pesanti — nelle stelle sarebbe stata impossibile. (Anche le proprietà del Sole sarebbero comunque molto diverse...) Esempi. 3 L’unica reazione nucleare che può condurre al carbonio è 3 4 He → 12 C . Affinché questa possa realizzarsi, è necessario che il nucleo di 12 C possieda un livello energetico di 7.7 MeV [Hoyle, 1953], cosa che effettivamente accade. Se l’interazione forte fosse diversa per più del 5 0/00, il livello energetico avrebbe un valore troppo diverso e la sintesi del carbonio — e degli elementi più pesanti — nelle stelle sarebbe stata impossibile. (Anche le proprietà del Sole sarebbero comunque molto diverse...) Esempi. 3 L’unica reazione nucleare che può condurre al carbonio è 3 4 He → 12 C . Affinché questa possa realizzarsi, è necessario che il nucleo di 12 C possieda un livello energetico di 7.7 MeV [Hoyle, 1953], cosa che effettivamente accade. Se l’interazione forte fosse diversa per più del 5 0/00, il livello energetico avrebbe un valore troppo diverso e la sintesi del carbonio — e degli elementi più pesanti — nelle stelle sarebbe stata impossibile. (Anche le proprietà del Sole sarebbero comunque molto diverse...) È una vera fortuna, per noi, che certi parametri abbiano proprio i valori che hanno, e non altri... Una fortuna? Allora siamo davvero molto, molto, fortunati...! molto Vi è un numero assai alto di queste “coincidenze”. Quasi sempre si scopre che, se un parametro o un altro avesse avuto un valore leggermente diverso da quello che ha, qualcosa sarebbe “andato storto” e noi non potremmo esistere. È una vera fortuna, per noi, che certi parametri abbiano proprio i valori che hanno, e non altri... Una fortuna? Allora siamo davvero molto, molto, fortunati...! molto Vi è un numero assai alto di queste “coincidenze”. Quasi sempre si scopre che, se un parametro o un altro avesse avuto un valore leggermente diverso da quello che ha, qualcosa sarebbe “andato storto” e noi non potremmo esistere. È una vera fortuna, per noi, che certi parametri abbiano proprio i valori che hanno, e non altri... Una fortuna? Allora siamo davvero molto, molto, fortunati...! molto Vi è un numero assai alto di queste “coincidenze”. Quasi sempre si scopre che, se un parametro o un altro avesse avuto un valore leggermente diverso da quello che ha, qualcosa sarebbe “andato storto” e noi non potremmo esistere. Biofriendliness “Fine tuning”, o “biofriendliness” dell’universo: L’universo appare regolato in modo tale da permettere la nostra esistenza! (Più precisamente, l’origine e lo sviluppo della vita come la conosciamo.) Biofriendliness “Fine tuning”, o “biofriendliness” dell’universo: L’universo appare regolato in modo tale da permettere la nostra esistenza! (Più precisamente, l’origine e lo sviluppo della vita come la conosciamo.) Biofriendliness “Fine tuning”, o “biofriendliness” dell’universo: L’universo appare regolato in modo tale da permettere la nostra esistenza! (Più precisamente, l’origine e lo sviluppo della vita come la conosciamo.) C’è qualche effetto collaterale spiacevole del fine tuning... P.es., con i valori assegnati delle costanti fondamentali, i toast che scivolano da un tavolo tendono a cadere sulla parte imburrata: R. A. Matthews, “Tumbling toast, Murphy’s Law and the fundamental constants”, Eur. J. Phys. 16, 172 (1995); R. A. Matthews, “The science of Murphy’s Law”, Sci. Am. 276 (4), 72 (1997). Premio Ig Nobel 1996! Ma se i valori fossero diversi, non ci sarebbe nessuno ad imburrare i toast... C’è qualche effetto collaterale spiacevole del fine tuning... P.es., con i valori assegnati delle costanti fondamentali, i toast che scivolano da un tavolo tendono a cadere sulla parte imburrata: R. A. Matthews, “Tumbling toast, Murphy’s Law and the fundamental constants”, Eur. J. Phys. 16, 172 (1995); R. A. Matthews, “The science of Murphy’s Law”, Sci. Am. 276 (4), 72 (1997). Premio Ig Nobel 1996! Ma se i valori fossero diversi, non ci sarebbe nessuno ad imburrare i toast... C’è qualche effetto collaterale spiacevole del fine tuning... P.es., con i valori assegnati delle costanti fondamentali, i toast che scivolano da un tavolo tendono a cadere sulla parte imburrata: R. A. Matthews, “Tumbling toast, Murphy’s Law and the fundamental constants”, Eur. J. Phys. 16, 172 (1995); R. A. Matthews, “The science of Murphy’s Law”, Sci. Am. 276 (4), 72 (1997). Premio Ig Nobel 1996! Ma se i valori fossero diversi, non ci sarebbe nessuno ad imburrare i toast... Riassumiamo La nostra esistenza è consentita dal verificarsi simultaneo di un numero impressionante di coincidenze cosmiche. La probabilità che, assegnando a caso i valori delle costanti fondamentali e le condizioni iniziali, queste coincidenze si verifichino, è praticamente nulla. Quindi siamo importanti, dopo tutto? Il principio copernicano esteso è falsificato? Riassumiamo La nostra esistenza è consentita dal verificarsi simultaneo di un numero impressionante di coincidenze cosmiche. La probabilità che, assegnando a caso i valori delle costanti fondamentali e le condizioni iniziali, queste coincidenze si verifichino, è praticamente nulla. Quindi siamo importanti, dopo tutto? Il principio copernicano esteso è falsificato? Riassumiamo La nostra esistenza è consentita dal verificarsi simultaneo di un numero impressionante di coincidenze cosmiche. La probabilità che, assegnando a caso i valori delle costanti fondamentali e le condizioni iniziali, queste coincidenze si verifichino, è praticamente nulla. Quindi siamo importanti, dopo tutto? Il principio copernicano esteso è falsificato? Una conclusione estrema: Principio Antropico Forte: L’universo deve essere tale da permettere lo sviluppo di vita intelligente. PERCHÉ? Una conclusione estrema: Principio Antropico Forte: L’universo deve essere tale da permettere lo sviluppo di vita intelligente. PERCHÉ? Forse perché è l’osservatore che crea il fenomeno osservato? John Archibald Wheeler L’universo ha bisogno di noi per esistere. “Cos’è esattamente un “osservatore”? L’universo ha dovuto attendere miliardi di anni fino all’apparizione di una creatura monocellulare? Oppure ha dovuto attendere un pochino di più, per qualche sistema con migliori credenziali... magari con un PhD?” John Stewart Bell Forse perché è l’osservatore che crea il fenomeno osservato? John Archibald Wheeler L’universo ha bisogno di noi per esistere. “Cos’è esattamente un “osservatore”? L’universo ha dovuto attendere miliardi di anni fino all’apparizione di una creatura monocellulare? Oppure ha dovuto attendere un pochino di più, per qualche sistema con migliori credenziali... magari con un PhD?” John Stewart Bell Forse perché è l’osservatore che crea il fenomeno osservato? John Archibald Wheeler L’universo ha bisogno di noi per esistere. “Cos’è esattamente un “osservatore”? L’universo ha dovuto attendere miliardi di anni fino all’apparizione di una creatura monocellulare? Oppure ha dovuto attendere un pochino di più, per qualche sistema con migliori credenziali... magari con un PhD?” John Stewart Bell Forse perché “qualcuno” ha voluto crearci? Abbiamo davvero bisogno di “questa ipotesi”? Forse perché “qualcuno” ha voluto crearci? Abbiamo davvero bisogno di “questa ipotesi”? Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Una vecchia argomentazione a sostegno della creazione: L’ambiente in cui vivono le diverse specie è perfetto per loro... ... quindi “qualcuno” deve averlo costruito apposta. Darwin rovescia questo ragionamento: Se si ammette l’evoluzione, sono gli organismi ad adattarsi all’ambiente, che risulta automaticamente a loro favorevole. Sarebbe possibile dedurre l’esistenza di altri pianeti, perlopiù ostili alla vita, osservando che la Terra è per noi, tutto sommato, un luogo assai ospitale. Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Principio Antropico Debole: L’universo che osserviamo deve essere compatibile con la nostra esistenza. Tautologico, ma con conseguenze interessanti... Immaginiamo che ci siano molti universi, ciascuno con valori diversi dei parametri fisici. In quali di questi potremmo vivere? Come abbiamo visto, solo in quelli che sono molto simili al nostro... Quindi, se: escludiamo che le “coincidenze cosmiche” siano solo coincidenze; escludiamo il principio antropico forte; devono esistere moltissimi altri “universi” oltre al nostro! Questa conclusione riconcilia le coincidenze cosmiche con il principio copernicano: noi non siamo fondamentalmente importanti (l’universo non è costruito “su misura” per noi); noi siamo importanti come effetto di selezione (non osserviamo un universo qualsiasi, non siamo osservatori tipici). Noi viviamo necessariamente in una regione dell’universo che permette la nostra esistenza, ma ce ne sono moltissime altre — ben oltre il limite dell’universo visibile (46 miliardi di ly) — in cui non possono svilupparsi osservatori. Questa conclusione riconcilia le coincidenze cosmiche con il principio copernicano: noi non siamo fondamentalmente importanti (l’universo non è costruito “su misura” per noi); noi siamo importanti come effetto di selezione (non osserviamo un universo qualsiasi, non siamo osservatori tipici). Noi viviamo necessariamente in una regione dell’universo che permette la nostra esistenza, ma ce ne sono moltissime altre — ben oltre il limite dell’universo visibile (46 miliardi di ly) — in cui non possono svilupparsi osservatori. Questa conclusione riconcilia le coincidenze cosmiche con il principio copernicano: noi non siamo fondamentalmente importanti (l’universo non è costruito “su misura” per noi); noi siamo importanti come effetto di selezione (non osserviamo un universo qualsiasi, non siamo osservatori tipici). Noi viviamo necessariamente in una regione dell’universo che permette la nostra esistenza, ma ce ne sono moltissime altre — ben oltre il limite dell’universo visibile (46 miliardi di ly) — in cui non possono svilupparsi osservatori. Questa conclusione riconcilia le coincidenze cosmiche con il principio copernicano: noi non siamo fondamentalmente importanti (l’universo non è costruito “su misura” per noi); noi siamo importanti come effetto di selezione (non osserviamo un universo qualsiasi, non siamo osservatori tipici). Noi viviamo necessariamente in una regione dell’universo che permette la nostra esistenza, ma ce ne sono moltissime altre — ben oltre il limite dell’universo visibile (46 miliardi di ly) — in cui non possono svilupparsi osservatori. Un problema aperto: Dove sono tutti questi universi? Coesistono con il nostro, in un “multiverso”. David Deutsch Sono semplicemente altre “regioni” del nostro, molto al di là del limite a cui riusciamo a vedere. George F. R. Ellis Sono il nostro stesso universo, ma in altre epoche. John A. Wheeler Un problema aperto: Dove sono tutti questi universi? Coesistono con il nostro, in un “multiverso”. David Deutsch Sono semplicemente altre “regioni” del nostro, molto al di là del limite a cui riusciamo a vedere. George F. R. Ellis Sono il nostro stesso universo, ma in altre epoche. John A. Wheeler Un problema aperto: Dove sono tutti questi universi? Coesistono con il nostro, in un “multiverso”. David Deutsch Sono semplicemente altre “regioni” del nostro, molto al di là del limite a cui riusciamo a vedere. George F. R. Ellis Sono il nostro stesso universo, ma in altre epoche. John A. Wheeler Un problema aperto: Dove sono tutti questi universi? Coesistono con il nostro, in un “multiverso”. David Deutsch Sono semplicemente altre “regioni” del nostro, molto al di là del limite a cui riusciamo a vedere. George F. R. Ellis Sono il nostro stesso universo, ma in altre epoche. John A. Wheeler Indipendentemente da quale sia la risposta, il ragionamento “darwiniano” ci permette di ampliare i nostri orizzonti in modo inimmaginabile. Un diverso punto di vista Now at the beginning of the 21st century, faced with scientific claims like neo-Darwinism and the multiverse hypothesis in cosmology invented to avoid the overwhelming evidence for purpose and design found in modern science, the Catholic Church will again defend human reason by proclaiming that the immanent design evident in nature is real. Scientific theories that try to explain away the appearance of design as the result of “chance and necessity” are not scientific at all, but, as John Paul put it, an abdication of human intelligence. Cardinale Christoph Schönborn The New York Times, 7 luglio 2005 Bibliografia P. C. W. Davies, The Accidental Universe (Cambridge University Press, 1982). G. Gale, “Il principio antropico”, Le Scienze 28 (2), 62 (1982). J. D. Barrow and F. J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle (Oxford University Press, 1986). M. J. Rees, Just Six Numbers (Basic Books, 1999). P. Davies, The Goldilocks Enigma (Penguin, 2006). Grazie per l’attenzione dimostrata! Domande? Commenti?