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L’ultimo orizzonte è un libro del 2019 scritto da Amedeo Balbi, astrofisico, saggista e divulgatore scientifico italiano (ha lavorato allo studio delle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo). Il libro è formato da 26 capitoli in tutto, raggruppati in 4 parti principali.
Struttura
L’opera nasce dalla necessità di poter definire ciò che l’uomo oggi è in grado di affermare con certezza dell’universo e quali invece sono i limiti che dobbiamo ancora superare, insieme a quelle che sono le varie prospettive riguardanti le domande a cui non sappiamo ancora o non sapremo mai dare una risposta.
“Spingendoci verso i confini dello spazio e del tempo, siamo arrivati a confrontarci con questioni che mettono a dura prova i nostri strumenti e i nostri concetti. Là, dove finisce il territorio familiare, oltre l’orizzonte di ciò che sappiamo o possiamo almeno intuire, c’è il buio”
Per questo motivo il libro è diviso in quattro parti principali, per un totale di 26 capitoli:
Il mondo conosciuto: punti fermi della visione del cosmo
La linea d’ombra: paesaggi di cui abbiamo una visione incerta o incompleta
Le colonne d’Ercole: i limiti posti alla conoscenza dell’universo
Spingersi oltre: domande che fanno vacillare la potenza della scienza e che creano discussioni soprattutto in ambito filosofico (non offrono risposte che abbiano una valenza scientifica)
Capisaldi
Senza stare a soffermarci troppo su di essi, vediamo quali sono i capisaldi riguardanti la nostra conoscenza del cosmo. La teoria che meglio descrive le scoperte fatte fino ad ora è la teoria del big bang, secondo cui da una fase calda iniziale è cominciata l’espansione dell’universo. Questo modello prevede il principio cosmologico, per cui l’universo è da considerarsi su larga scala sia omogeneo che isotropo (spiegato attraverso la teoria dell’inflazione: momento di espansione veloce e improvvisa nei primi istanti dopo il big bang). A ciò si aggiunge la relatività generale di Einstein e la legge di Hubble-Lemaitre, la quale afferma che le galassie si allontanano l’una dall’altra secondo una precisa relazione matematica che lega la loro velocità e le distanze relative. Queste portano alla definizione di un universo in espansione, che ci definiscono uno stato originario caldo e denso.
Tutto ciò smentisce il modello stazionario, il quale avrebbe bisogno di creazione di materia dal nulla per compensare la diminuzione della densità del cosmo, non spiega l’abbondanza degli atomi di elio e la presenza della radiazione cosmica di fondo (radiazione elettromagnetica che permea l’universo, un calore residuo del big bang sotto forma di microonde, la ragione per cui se misuriamo la temperatura nel vuoto è 2/3K e non lo zero assoluto).
E' importante evidenziare la differenza tra Modello del big bang, qui sopra accennato, e Big Bang. Quest'ultimo rappresenta un evento problematico per la scienza, perchè si tratta di una sorta di momento iniziale chiamato singolarità con densità e temperatura infinite di cui non abbiamo evidenze sperimentali e in cui le leggi della fisica vengono completamente stravolte.
Argomenti incompleti
Facendo qualche passo avanti, arriviamo a quelli che sono gli argomenti incompleti od offuscati e ancora in fase di discussione da parte dell’astrofisica.
L’universo è composto al 5% di atomi (materia di cui noi stessi siamo fatti e che riusciamo a vedere attraverso i nostri occhi), al 25% di materia oscura non atomica (“osservata” indirettamente, ad esempio attraverso i moti delle galassie negli ammassi e alle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo) e al 70% è energia oscura (energia dello spazio vuoto o costante cosmologica che è causa dell’accelerazione dell’espansione dell’universo che noi stessi stiamo vivendo);
La densità media di materia ed energia nell’universo è pari al valore critico. Questo vuole dire che la curvatura dello spazio su grande scala è nulla (argomento da riprendere dopo), cioè l’universo è piatto.
Questo è dovuto al fatto che, secondo il modello dello studioso Fridman, esiste un valore critico per cui se la densità media dell’universo è
maggiore: la gravità porterà al collasso di esso, che ha una forma a sfera
minore: la gravità sarà debole per contrastare l’espansione che sarà perenne e la forma dell'universo è iperbolica e infinita
uguale: l'universo in eterna espansione è piatto (universo di Einstein-De sitter con geometria euclidea)
Gli studi degli esperimenti BOOMERANG e MAXIMA hanno dimostrato come l’universo su larga scala sia effettivamente piatto e che la densità coincida con il valore critico.
L’orizzonte
I limiti della nostra conoscenza in materia di universo sono dovuti, oltre che alle nostre impossibilità pratiche che derivano dalla disponibilità o meno di strumenti in grado di attestarci sperimentalmente la veridicità della fisica teorica, al fatto che noi guardiamo il cosmo da un punto di vista soggettivo che non può prescindere dal momento che noi stessi viviamo.
Infatti, quando noi parliamo di universo, non intendiamo tanto l’Universo in sé, quanto l’universo da noi osservabile, un “sottoinsieme di ciò che esiste”. Questo è dovuto al ruolo che gioca la luce nel cosmo e anche al fatto che possiede una velocità, quella velocità limite oltra la quale non si può andare. Questa velocità fa sì che ciò che noi guardiamo della realtà rappresenta ciò che la realtà era nel passato (passato che nella realtà quotidiana che noi viviamo rappresenta frazioni di secondo impercettibili ai nostri sensi).
“In un certo senso, siamo circondati da fantasmi: quando guardiamo qualcosa, quella cosa è già cambiata”.
E’ proprio questa velocità che ci offre la possibilità di guardare nel passato dell’universo, perché più andiamo lontano con lo sguardo e più ciò che vediamo è giovane (operazione complicata, dato che più lontano si guarda e più piccoli sono le entità che andiamo ad osservare e non solo per questo motivo). Inoltre, l’universo non è eterno e quindi la luce ha avuto solo un tempo finito per viaggiare (13,8 miliardi di anni). Di conseguenza, noi possiamo osservare solo la regione di cosmo finita che corrisponde alla porzione che la luce è riuscita a percorrere. Questo vuol dire che l’universo osservabile ha, per l'appunto, un orizzonte ineliminabile.
Inoltre, a ciò si aggiunge anche il fatto che l’universo si trova in una continua espansione (in base a cui la distanza del nostro orizzonte deve essere calcolata), oltretutto ai nostri “tempi” pure accelerata. Ciò vuol dire che mentre la luce arriva a noi, lo spazio si dilata e il nostro orizzonte diventa pari a tre volte la distanza calcolata in base al viaggio che ha fatto la luce (46 miliardi di anni luce).
Proprio per questi motivi, la limitatezza soggettiva della scienza deriva dal fatto che, se ci fossimo trovati in altre regioni dell’universo, il nostro orizzonte sarebbe stato diverso.
Quindi, possiamo dire che il nostro universo osservabile può fare le veci dell’Universo inteso come tutto ciò che esiste?
La forma dell’universo
La risposta è "no, non possiamo affermare ciò con certezza".
Una delle testimonianze di questo limite è la forma dell’universo citata precedentemente. Il fatto che le le nostre misurazioni si basino sull’universo da noi osservabile scaturisce una domanda: se le misure che abbiamo fatto ci attestano che il nostro universo è piatto perché ha una curvatura nulla, l’Universo in sé conserva queste caratteristiche al di fuori del nostro orizzonte?
“Per capire perché, immaginiamo di essere un geografo dell’antichità, confinato su un’isola del nostro pianeta, che vuole capire come è fatto il mondo al di là dell’orizzonte. Se è un bravo matematico e un attento osservatore, può pensare di misurare la curvatura terrestre facendo misure locali. Può, per esempio, usare il metodo che usò il greco Eratostene per misurare il raggio terrestre, ovvero piantare un bastone in due località diverse e osservare la variazione dell’ombra che il bastone proietta sul terreno: la differenza nella lunghezza dell’ombra è dovuta alla curvatura terrestre. Oppure può verificare se la somma degli angoli interni di un grande triangolo tracciato sul suolo è diversa da 180° [...]. Insomma, è in teoria possibile, per una persona sveglia, convincersi che la Terra è sferica pur senza guardarla mai dallo spazio.
Tuttavia, le misure del nostro geografo sarebbero piuttosto difficili se non potesse spostarsi di molto sulla superficie terrestre. Se gli fosse imposto di non oltrepassare l’orizzonte, probabilmente non riuscirebbe nell’impresa: la Terra è davvero molto piatta all’interno dell’orizzonte. Se vivesse su un pianeta molto più piccolo, e quindi con una curvatura locale molto pronunciata, tutto sarebbe più facile.”
Magari la curvatura dell’Universo è talmente piccola che noi non riusciamo a percepirla con le misurazioni riferite al nostro orizzonte.
Secondo i modelli di Fridman l’universo può essere:
finito: con una curvatura costante e positiva, simile alla superficie di una sfera (camminando in linea retta si torna al punto di partenza);
infinito: con una curvatura negativa o nulla (si può viaggiare fino all’infinito incontrando sempre delle regioni inesplorate).
La curvatura che risulta dai calcoli e dalle misurazione fatte si trova al confine tra due ipotesi, cosa che fa sì che noi non possiamo sbilanciarci né a favore di una né dell’altra:
la curvatura è nulla nel nostro orizzonte e quindi l'Universo è infinito;
la curvatura è impercettibile nel nostro orizzonte perché l’Universo è molto grande e la nostra porzione di spazio indagabile molto ristretta, quindi sarebbe in realtà finito.
Topologia
In un altro caso ancora, introduciamo la “topologia”, per cui determinare la forma dell’intero universo sarebbe pressoché impossibile.
“Pensate a una stanza che abbia una apertura su ogni faccia, ma con una strana caratteristica: uscendo da una qualsiasi apertura, si rientra nella stessa stanza dall’apertura sulla faccia opposta. Il volume della stanza è finito, ma potreste viaggiare in linea retta all’infinito. Guardando da una qualunque delle aperture vedreste voi stessi nella stanza adiacente: in realtà, vedreste infinite stanze che si susseguono, e in ognuna vedreste voi stessi, di spalle, che guardate nell’apertura. Il vostro mondo sarebbe popolato da infinite immagini fantasma di voi stessi, come in un gioco di specchi. Ogni vostra immagine avrebbe una diversa età, perché la luce avrebbe viaggiato per tempi diversi. Dal vostro punto di osservazione, potreste vedere tutta la vostra storia passata.”
La cosa più sorprendente è che questa opzione non appartiene ad uno scenario fantascientifico, ma è una possibilità che si trae coerentemente e matematicamente e si può inserire nelle equazioni della relatività generale per ottenere dei modelli di universi sensati. In questo modo la curvatura dell’universo sarebbe nulla, ma lo spazio sarebbe comunque finito.
Determinare quale di queste opzioni sia falsa non è possibile. Ad esempio, noi possiamo far parte di questa sorta di stanza (interna al nostro orizzonte) e non rendercene conto, perché anche analizzando nelle repliche di questa stessa stanza le galassie, non riusciremmo a diversificare e a capire se stiamo guardando la stessa galassia in due punti diversi del tempo. A ciò si aggiunge anche un altro problema: la stanza potrebbe essere più larga del nostro orizzonte e quindi il ragionamento applicato prima non avrebbe neanche senso compierlo, dato che siamo limitati.
[Nell'articolo sono presenti in corsivo alcuni estratti dal libro "L'ultimo orizzonte"]
Al prossimo articolo!
L(&A)
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