Èoltremodoimpegnativoparlaredelcosmosolopochigiornidopolanotizia dell’osservazionedirettadiondegravitazionaliemesse,forsemiliardidiannifa,da duebuchinericoalescenti,maloèancorpiùdovendoparlarnequi,inquest’A ula MagnacosìdensadistoriaeapochipassidallacattedradiGalilei. Perquestomotivomisembraopportunoiniziareproprioconunacitazione dell’illustreastronomopisanoepadovano. ScrivevaGalileiil1° dicembre1612all’amicoMarkWelser: 1 2 A ragione possiamoconsiderare questolimpido passocome il manifesto del metodo scientificomoderno e forsemai profezia siè avverata econtinua adavverarsi esattamente come previsto e, anzi, oltre ogni aspettativa. Dilìa pochianni infatti, l’ Anglochetantaalavistese, Isaac Newton, completando l’opera di Galilei, fondava la meccanica classicaformulando lateoria della gravitazione universale e rivoluzionando– forsein modopiùsommesso – ilconcetto dispazioe, di conseguenza, ditempo. Tali furonoi successidell’applicazione della nuova fisicaai moti celesti – nonsoloilmoto dei pianeti era descritto e previsto congrande precisione, ma addirittura la teoria prediceva la presenza di corpinonancora scoperti, come Urano – Tale – dicevo – ilsuccessodella nuova scienza, cheil puntocentrale del manifesto galileiano, quella rinuncia consapevole a“tentar l’essenza” e adaccontentarsi discoprire le “affezioni”, ovvero le relazioni tra ifenomeni misurabili nelle “sensate esperienze”, venne presto dimenticato... e avolte losidimentica ancor oggi, soprattutto discorrendodi Cosmologia... torneremo suquestoaspetto tra breve. Prima di entrare nel vivo del tema proposto,vorrei sottolineare la distanzastorica edepistemologica che separa i duetermini usatinel titolo: Origine ed Evoluzione. Distanzastorica, temporale, perché la domanda sull’Origine è antica quanto l’Uomo cheda sempre, intutte le culture dicui abbiamo notizia, siè chiesto, avolte conangosciaesistenziale, quale fossel’origine ditutto quantolo circondava. Dell’Evoluzione globale edunitaria del Cosmoinvece, nulla sapevano fino acirca cent’anni fa, quandonessuno, neppure ilgenio di Albert Einstein poteva sospettare chel’universo avesse unastoria, che fossepassato attraverso fasi diversissime traloro ancorché tutte collegate causalmente. Distanzaanche epistemologica, perché, come meglio vedremo inseguito, l’evoluzione del cosmola possiamo e dobbiamo investigare conilmetodo scientifico galileiano, ma esplorarne l’origine significa tentarne l’essenza e quindi,per suoproprio statuto,il metodo scientifico nonpuòprocedere da soloedeve trovare come alleate altre forme diconoscenza, inuna sortadirazionalità allargata che cipermetta diprocedere oltre illimite impostodalle “sensate esperienze” edalla “realtà misurabile”. 3 Comedicevo,ladomandasull’origineèantica:“dadoveèuscitotuttoquesto?”si chiedeval’uomodellecavernealzandogliocchialcieloelestesseparole– magari ininglese!– lepossiamoporreinboccaall’astronomod’oggicheosserval’universo conipiùsofisticatistrumenti:“Where thehell did it all comefrom?” 4 Seladomandaèrimastalastessa,nonaltrettantopossiamodireperla cosmologia;eilmotivoèevidente:selacosmologiatrattadituttociòcheesiste nell’universo,nonpuòcheconsiderareciòcheèconosciutoattraverso l’osservazioneequindi,inepochediverse,diversoèstatoilmodellocosmologico elaboratodall’Uomo. L’epocaclassica,quandol’unicomezzod’osservazioneeral’occhioumanoe l’universovisibilelimitatoalSole,allaLuna,aipianetierrantiealle“stellefisse”, avevaprodottounacosmologiaperfetta,siadalpuntodivistafilosofico-teologico, chescientifico.Unmodelloletteralmenteantropocentrico,cheavevaispirato scienziati,filosofi,artistiepoeti,inunaammirevoleunitàdelsapereallaqualenon possiamononguardaresenzaunacertanostalgia. 5 Difatto,ilcannocchialediGalilei,inquellefatalinottipadovanetraGennaioe Marzodel1610,infrangedefinitivamentelesferecristallinedellacosmologia aristotelico-tolemaicae,puraprendounanuovafinestrasull’universo,rende l’Uomoorfanodiunacosmologiacomprensibile.L’universodiviene improvvisamenteillimitato,popolatodiunamiriadedistellemaiimmaginate prima...esiriaffaccial’anticaangosciaesistenziale:“difronteall’immensitàdel cosmo,chièl’Uomoperchéqualcunosiricordidilui?” 6 Lavignetta– tipicamenteamericana– chevihomostratopoc’anzi,cipuòapparire irriverenteperuntemacosìelevato,mafortunatamenteabbiamoesempipreclari cheillustranopiùseriamentelacondizioneumanadifrontealnuovocosmo. Ilpoeta inglese JohnMilton,che fece visita aGalileiadArcetri negli ultimi anni della sua vita,trasse ispirazione dai colloqui conil grande scienziato.Scrive nel suo poema più famoso,ParadiseLost:“HowNature,wise andfrugal,could commit such disproportions,withsuperflous handsomany nobler bodies tocreate?” 7 epiùtardiancheLeopardimetteinboccaalsuoPastoreerrantel’angoscia dell’uomodifrontealcosmoinfinito:“Equandomiroincielarderlestelle– Dico framepensando:- Achetantefacelle?...Usoalcuno,alcunfruttoindovinarnon so.” 8 Eranecessarioattenderel’avventodellenuovetecnologieosservativeperritrovare l’intimolegametrailcosmoel’uomo...Tuttoiniziacircacent’annifa,grazieadue grandiprogressi:unoteorico,laTeoriadellaRelativitàGenerale,l’altroosservativo, rappresentatodall’apparente“recessione”dellegalassie. 9 EinsteinrivoluzionalafisicaprimaconlaRelativitàRistretta, assumendocomepostulatolacostanzauniversaledella velocitàdellaluceesuccessivamente,conlaRelatività Generale,trasformaradicalmenteiprecedenticoncetti, newtonianiekantiani,dispazioetempo.Ilnuovocontinuo spazio-temporalenonèpiùunassolutoedindifferente contenitore,maèinscindibilmentelegatoallamateria-energia delcosmo. Ladistribuzionedimateria-energiaplasmalastruttura geometricadellospazio-tempoelospazio,così“curvato” definisceletraiettoriechelamateriaelalucedevonoseguire. 10 Unrisultatoincredibileallora,verificatoafaticaconleosservazionidell’eclissidi Soledel1919,maoggiaccessibileatutti:leimmaginispettacolariottenuteconil TelescopioSpazialeHubble cimostranocomel’aspettooriginaledigalassie lontane,passandoattraversograndidistribuzionidimassa,comequellediun ammassodigalassiepiùvicine,ciappaiadeformatoinmoltepliciarchiefilamenti. Segnoevidentechelospazioplasmatodallamassasisiatrasformatoinuna“lente gravitazionale” 11 ...avoltesigeneranoimmaginicuriose,chestimolanolafantasia,come l’evanescentesorrisodelgattodiAlice... Possiamosorrideredifronte aquestiaccostamenti...madonounsegnoevidente cheunconcettoinizialmentecosìastrattoelontanodallanostraesperienzacistia ormaidiventandofamiliare. 12 AltrionfodellaRelativitàGeneralemancavaancoraunanello:larivelazionediretta delleondegravitazionali.Selamassadeformalospazioattornoasé,quando questasimuoveladeformazionelasegueequestavariazionetemporalesideve propagarenellospaziocircostante.Einsteinl’avevaprevistoeglieffettiindiretti dell’emissionedelleondegravitazionalieranogiàstaticonfermatidall’osservazione diunastellapulsarbinaria. Finalmente,pochigiornifa,dopopiùdimezzosecolodiperseveranza,gli interferometridellacollaborazioneLIGOhannorivelatoleondeemesse,contutta probabilità,daduebuchinericoalescentiinuno.Unfenomenofrequentenelle epochepassate,resoorapercepibiledall’estremasensibilitàraggiuntadagli strumenti. 13 Siaprecosìunanuova,attesafinestraosservativa,complementareaquelladella radiazioneelettromagnetica,checipermetteràdipenetrareinscenaricosmici finorapreclusiall’indagine. Sicuramentequestorisultatodarà rinnovatoimpulsoallacostruzionedinuovi sofisticatistrumentidedicatiall’osservazionedelleondegravitazionali,comeil progettospazialeLISA,ilcuiprecursoretecnologico,LISAPathfinder èstato collocatoinorbital’annoscorsodall’A genziaSpazialeEuropea. 14 Edèunagrandesoddisfazionesottolinearechel’ItaliaeilnostroDipartimentodi FisicaedAstronomiasonoinprimalineainquestaricercaconlacostruzionee l’operazionedellostrumentoVirgo,sitoaCascinaneipressidiPisa,epartedella collaborazionemondialesullaricercadelleondegravitazionali.Ciauguriamotutti chequestorisultatoportirinnovatoimpulsoenuoverisorseallanostraricercadi base. 15 Dopoquestointermezzodiattualità,torniamoallerivoluzionichehannodato origineallacosmologiamoderna.QuandoEinsteinprovaadapplicareleequazioni dellaRelativitàGeneraleall’interouniverso,ottieneunrisultatoperluiinatteso:le equazionidiconochel’universononpuòrimanerestatico,deveespandersio contrarsi.Maciòeracontrarioaquantoapparivaall’epocaealloraEinstein modificalesueequazioniintroducendounacostante,lacostantecosmologica,che hailcompitosi“stabilizzare”l’universodescrittodallesueequazioni. 16 Valelapenadiricordareinfattichefinoal1920,gliastronomisichiedevanoancora sealcuneimmagininebulosevisteconilorotelescopifosserodellenubigassose appartenentiallanostraGalassiaoppurefosseroessestessedellegalassie,simili allanostraViaLattea,mamoltopiùlontane.Èdel1920ilfamoso“GreatDebate” tragliastronomiamericaniShapleyeCurtisperstabilirelanaturadellagalassiadi Andromeda. Dueannidopo,nel1922,EdwinHubble dimostra,grazieall’osservazionediun particolaretipodistellevariabili,cheAndromedaèesternaallanostragalassiaesi trovaaddiritturaacirca2milioniemezzodiannilucedanoi. 17 L’universodivieneimmensamentepiùgrandeelegalassie,nonpiùlestelle,sonoi veri“mattoni”costituentiilcosmo. 18 Permaneperòunmistero,unparadosso:perchéilcielociapparebuio?Cosac’ètra galassiaegalassia?Sel’universodiestendesseall’infinitoefosseuniformemente popolatodigalassie,ilcielonotturnodovrebbeapparircituttotassellatodigalassie eluminosocomedigiorno... 19 Unospiragliodisoluzionedelmisteroarrivanel1927conlapubblicazionein francese,inunaoscurarivistabelga,dell’articolo“Ununivers homogène demasse constanteetderayoncroissant,rendant compte delavitesse radialedes nébuleuses extra-galactiques.”(“Ununiversoomogeneodimassacostanteeraggio crescentechegiustificalavelocitàradialedellenebuloseextragalattiche”).Infattii datiosservativirecentementepubblicatiindicavanochelegalassieapparivano allontanarsituttedall’osservatoreconvelocitàcrescente,proporzionaleallaloro distanza.Lemaître perprimoproponeunmodelloteoricochespiegaidati osservativi.Curiosamentelatraduzioneininglesedelsuolavorosullarivista inglese,benpiùnota,Monthly Notices riportasoloilmodelloteorico, “censurando”idatiosservativicheinvecevengonopubblicatinellostessoannoda EdwinHubble,checosìlegaindissolubilmenteilsuonomeallaleggechedescrive l’espansionedell’universo. 20 Legalassiesembranoquindiallontanarsil’unadall’altra,manonsitrattadiuna velocitàdinamica,comequellachenoisperimentiamonellavitaquotidiana.Èlo spaziochesiespande,trascinandoconsélegalassie,comel’uvettainunafocaccia chelievita... 21 Proprioperchéèlospaziochesiespande,nonosserviamosolol’apparente recessionedellegalassie,matuttele“lunghezze”ciappaionoallungarsi,inclusala lunghezzadelleondeelettromagnetiche,della“luce”.Glioggetticosmiciremotici appaionoquindipiùarrossatirispettoallalucedaloroemessainorigine.Èil fenomenodelred-shift cosmologicochecipermette,dall’osservazionedioggetti noti,comestelleegalassie,distimarelalorodistanzae,notalalorovelocitàdi recessione,laleggediespansionecosmica. 22 Sel’universoèinespansione,significachenelpassatoerapiùdensoe conseguentementepiùcaldo.Nel1948,GeorgeGamow ipotizzachenellefasi inizialidell’espansioneilcosmodovevaesserecostituitodaungasuniformedi protoniedelettroni,completamenteionizzato,quindiopacoallaradiazioneedin grado,duranteunbrevissimointervalloditempo,diprodurrepernucleo-sintesi Elioetraccedielementileggeri.Lesueprevisioni,delfondocosmicodimicroonde edellanucleo-sintesiprimordiale,oggiampiamenteconfermate,costituiscono, assiemeall’espansionedell’universo,itrepilastrisucuipoggiasaldamentel’attuale modellocosmologico. 23 Possiamooracercarediricostruirelastoriadelcosmo.. Dell’inizioedellapossibilitàchetuttoemergadaunafluttuazionequantisticadellospaziotempo,diremotrapoco.Sembrainvecesemprepiùplausibileunafasediespansione esponenziale,chiamatainflazione,chedopocirca10-33 secondidall’ipoteticoistantezero, quasiistantaneamentefaaumentareledimensionidell’universodiunaquantitàsmisurata. Nonvisonoprovedirettediquestafase,nésononotelecausediuntaleevento,unico nellastoriadelcosmo,maseloammettiamo,molteinspiegabiliincongruenzedelmodello cosmologicospariscono:ilfuturocidiràsel’ipotesicontinueràadesseresostenibile. Dopoquestafase,lenostreconoscenzesifannopiùsolide:lagiàcitatanucleo-sintesi primordialeproduceatomidiElioinquantitàbendefinita(circail25%),successivamente leprimestelleproduconoallorointernotuttiglielementichimicichebenconosciamoe checostituisconolarealtàmaterialechecicircondaedicuisiamofattinoistessi.Infattile stelle,esplodendoedisseminandoiloroprodottidisintesinelmezzointerstellarelo arricchisconochimicamenteedèsempreaffascinantericordarecheognisingoloatomodi ferrochecircolainquestomomentonelnostrosangueconl’emoglobinaèstatoprodotto all’internodiqualchelontanastellapoiesplosacomesupernova...siamoveramentefigli dellestelle...! Lenubimolecolaricosìarricchitecollassanoperformarenuovegenerazionidistelleecon loro– oggilosappiamopercerto– ipianeti,moltideiqualisimiliperdimensionie condizionifisicheallanostraTerra. Anchelavitabiologicaelacoscienzasisarannosviluppateconlastessaomogeneità evolutivachefinoraabbiamoosservatonelcosmo?Nonlopossiamoancoraaffermare,e forsenonpotremomairispondereconcertezzaaquestoaffascinanteinterrogativo... 24 Lasciamoloperorasospesoetorniamoallanostrastoriacosmica:qualisonole caratteristichefondamentalidelcosmocheabbiamoappresonegliultimidecenni? • Ilcosmohauna“storia”chesidipananeltempodacirca13,8miliardidianni. • Ilcosmoevolvecomeunaunitàinterconnessaedinscindibiledispazio-tempoe materia-energia. • Ognifasedellasuaevoluzionedipendedallaprecedenteepreparalefasi successive. • Dopo14miliardidianni,almenosuunosperduto,minuscolopianeta, dall’evoluzionecosmicaèemersalavitabiologicaelacoscienzadisé. • Senzaevocareinconcludentiprincipiantropici,dobbiamoriconoscerechesiamo inrelazionecontuttoilcosmoattraversounasortadigolden braid,dicatena doratachecicollegaadognisuafaseevolutiva. Ètuttoquindiprevedibile?Etvidetur quod sic...direbbeTommaso... ...perpoiriprenderesubitoconunSed contra... 25 Eccoinvecechel’universociimpartisceunalezionediumiltà:quandoognicasella delmosaicocosmicosembravaavertrovatolagiustacollocazione,idatiosservativi cidiconochetuttoquellochefinoraconoscevanodell’universo,stelle,galassie, nebulose,nonrappresentacheil5%dituttociòcheesiste.Circail25%deltuttoè costituitodamateriaoscura,ovverodamateriachefasentirelapropriaazione gravitazionale,manonemetteradiazioneelettromagnetica(luce)dialcuntipoeil restante70%circaèattribuibileall’energiaoscura,un’entitàdinaturadadefinire (dindd direbberoicolleghimedici)dicuisappiamosolocheèresponsabilediuna inattesaaccelerazionedell’espansionecosmica. Nonèquestalasedeperapprofondirelebasiosservativeescientifichediqueste ultimeaffermazionichepossonoapparireapodittiche.Possiamoperòproporre qualcheriflessioneconclusivadicarattereepistemologico. 26 Lascoperta(imprevedibile)dellamateriaoscuraedell’energiaoscurapresenti nell’universodovrebbefartacerepersemprecolorocheancoroggisiilludonodi poterarrivareadunaTeoriadelTutto(Theory ofEverything oToE).Chicipuò infattiassicurarechetra10,20,...100anni,gliastronominonscopranoaltreentità imprevedibili,finoadalloranascostenellatramacosmica? L’unicafededelloscienziatodeveesserelaconvinzionediriusciresempre,anchedi fronteaidatisperimentalipiùinattesi,atrovarequelle“affezioni”traifenomeni chenepermettonounadescrizionerazionale:conle“necessariedimostrazioni”, comedicevaGalilei. Madovrebbeancheessereumilmenteconsapevolechenonpotràmaiporrela parolafineallasuaricerca. Inoltre,dalmomentochelospazio-tempoèinscindibiledallamateria-energia, dovrebbericonoscerechel’ipoteticoistantezerocheilmodellomatematicocosmologico(nonnecessariamentelarealtà)prevede,èinsondabiledalmetodo scientifico. 27 Nonostante la lezione diumiltà impartitaci dal cosmostesso,leggiamo inunrecente librodi Hawking e Mlodinow – “The Grand Design” – le seguenti affermazioni: “Come possiamo comprendere il mondo in cuicitroviamo? Come si comporta l'universo? Qualè lanatura della realtà? Che origine hatutto ciò?...Per secoli questi interrogativi sono stati dipertinenza della filosofia,ma la filosofia è morta,…Così sono stati gli scienziati araccogliere la fiaccola … della conoscenza.” Ora, vedo conpiacere che imiei colleghi filosofiquipresenti sonovivie vegeti e nonsembrano avere alcuna intenzione di commettere unsuicidiocollettivo: potremmo sorridere difronte aqueste ingenue sciocchezze o consigliare agli autori di leggere (nonrileggere cheper loro nonmi sembra il termine adeguato) Platone, Lettera settima, prima diparlare, avanvera, della fiaccola della conoscenza. Ma illibro è unbestseller e quindipensodovremmo preoccuparci. Soprattutto seloleggiamo inparallelo con voci, vere ofalse nonhaimportanza, diriduzione oeliminazione dello studiodella filosofiadalla scuola. Che fare? Da quantoabbiamo visto, il cosmoe lasuaevoluzione (checomprende naturalmente anche l’evoluzione biologica el’emergere della coscienza)è ilterreno ideale per unacollaborazione costruttiva tra scienza efilosofia. Inparticolare l’unitarietà dell’evoluzione cosmica, la relazionalità che collega ogni suafasee la non-località della realtà fenomenica, chiedono conforzaalla filosofiadiapprofondire l’ontologia delle relazioni. E dove senonqui,nell’Università, dovrebbe avvenire concretamente questoriavvicinamento della cultura scientifica e diquella umanistica, discienze, filosofiaed arte, e perché no, vistoche nondobbiamo temere il confrontodelle idee, lateologia? tutti insieme incammino verso la trasformazione della conoscenzain sapienza. Il nostroDipartimento diBiologia hagià tracciato unsolcoimportante ecoraggioso inquesta direzione e mi auspicoche altri, soprattutto Fisica, Astronomia e Matematica seguano l’esempio. 28 Questomioauspiciomipermette,inconclusione,direndereomaggioadunmio grandeMaestro,unodeimaggioripoetiitalianidelNovecento,AndreaZanzotto, chehoavutoilprivilegiodiaverecomeprofessoredilettereallescuolemedie. Giàalloraincitavanoi,giovaniappenauscitidalleelementari,aperseguireun umanesimoglobale,mischiandoscienzaepoesia.Affascinatodall’emergente cibernetica,alternavalezionisullaconsecutiotemporum conl’algebradiBoole. Attentissimoaglisviluppidellascienzaecriticoferocedelloscempioculturalecui suomalgradoassisteva,nelDicembredel1999pubblicòsulCorrieredellaSerauna breve,mestamenteironicapoesiachemisembraemblematica. Eravamoallavigilia– ricordate? – dellafamigeratabufaladelmillennium buge nellanottetrail21eil22DicembrelaLuna,infasediplenilunio,sisarebbetrovata moltoprossimaalperigeo,alladistanzaminimadallaTerra.Cisarebbeapparsa quindileggermentepiùgrandedelsolito,manonpiùluminosaperché,come sannoglistudentidiastronomia,laluminositàsuperficialediunoggettochebrilla diluceriflessa,nondipendedallasuadistanza.Matant’è,tuttiigiornalieimedia annunciaronoalmondochequellaserasisarebbevistalaLunapiùbrillantedel millennio. Zanzottonaturalmentecapìsubitol’inconsistenzascientificadegliannunciededicò questosuodivertimentoall’amicaLuna: 29 Laconclusioneciservadimonito:sevogliamoevitarechelegenerazionifuture rimanganoirretitedallapoltigliapseudo-informativacheciinvade quotidianamente,dobbiamofornirlorovalidistrumentididifesachenonpossono cheesseremultidisciplinari. Esenoiuniversitaripadovaniperseguiremoquestoobiettivodiunitàculturale,non faremoaltrochetenerfedealnostrogloriosopluricentenariomotto“Universa Universis PatavinaLibertas” AdMajora! 30