L'Universo come parte di noi

di John Gribbin

Il semplice fatto che un piccolo pianeta come il nostro ospiti una forma di vita intelligente pone dei vincoli alle caratteristiche su larga scala dell'intero Universo.

PERCHE' l'Universo è così sconfinato? Gli astronomi ci dicono che si generò circa 15 miliardi d'anni fa dal Big Bang e che da allora ha continuato a espandersi. In linea di principio, se i nostri telescopi fossero abbastanza potenti, noi potremmo osservare un volume di spazio con un raggio di 15 miliardi di anni luce. Questa distesa spazio-temporale contiene miliardi di galassie come la nostra Via Lattea e ciascuna galassia può contenere centinaia di miliardi di stelle. Tuttavia la vita, come noi la conosciamo, sembra non sappia che farsene di tanta abbondanza; basta infatti che abbia un piccolo pianeta, come il nostro, che gira intorno a una stella come è il Sole!

Questa semplice osservazione viene talvolta usata come un argomento contro quelle visioni che considerano l'Universo disegnato per noi, a nostro beneficio. Il ragionamento è, su per giù, questo: se l'Universo fosse stato fatto su misura per l'uomo, allora sarebbe sufficiente un solo Sistema Solare. Le dimensioni straordinarie del nostro Universo e il numero grandioso di stelle e di galassie che esso contiene, rappresentano un di più che, di fatto, ci relega alla stregua di un semplice accidente naturale. Questo può essere vero; ma un più attento esame della struttura dell'Universo ci rivela che, anche se fossimo un accidente naturale, noi non potremmo esistere se l'Universo contenesse soltanto un Sole con la sua famiglia di pianeti.

UNA...MANCIATA DI PRINCIPI

LA SCIENZA non è semplicemente l'accumulazione di un numero sempre maggiore di fatti e di dati che riguardano il mondo naturale. Invece, essa procede grazie alla nostra abilità nell'intravedere strutture ordinate e regolarità nel mondo naturale. Quando giungiamo a capire come si legano tra loro dei fatti che prima erano sconnessi, allora siamo in grado di condensare una gran quantità di dati in leggi che li descrivono e che li generalizzano; da qui in poi, è sufficiente ricordare un piccolo insieme di regole indipendenti e basilari da cui si può dedurre tutto Il resto. Il brillante trionfo della scienza moderna, specialmente della fisica e dell'astronomia, consiste proprio nella capacità di queste discipline di descrivere molti dei fenomeni complessi di questo mondo in termini di una manciata di semplici principi che li sottendono.

La Cosmologia Antropica

Ma questi successi sarebbero impossibili se il nostro Universo non fosse "costruito" su poche direttrici, fondamentali e relativamente semplici. Le leggi della fisica sono abbastanza lineari da essere comprese dalla mente umana; in più, le leggi che noi deduciamo da esperimenti fatti sulla Terra possono essere applicate anche nel resto dell'Universo, in ogni luogo e per ogni epoca. Ebbene: questa semplicità di fondo è una caratteristica inevitabile dell'Universo?

È una pura coincidenza che creature abbastanza intelligenti da comprendere pochi semplici principi fisici esistano in un mondo dove quelle leggi fisiche bastano da sole a spiegare come tutto funziona? O, forse, c'è un piano più riposto e profondo che garantisce che l'Universo sia costruito su misura per l'umanità? Queste domande, che riguardano il nostro posto nell'Universo, si legano alle questioni sollevate da quella che viene chiamata la Cosmologia Antropica.

Regolarità della natura

Il successo conseguito dalla scienza nello spiegare modi complessi di comportamento con leggi tutto sommato semplici può essere illustrato da alcuni esempi.
Certamente, il corso regolare della Luna e dei pianeti in cielo era conosciuto fin dai tempi più antichi, ma fu spiegato solamente quando Newton comprese che quei moti erano governati dalla stessa forza gravitazionale che ci tiene legati alla Terra.

D'altra parte, anche la complessità della chimica, che confuse gli alchimisti, si cominciò a comprendere soltanto quando Mendeleev, nel XIX secolo, scopri delle regolarità nelle proprietà dei vari elementi. Queste regolarità vengono ora attribuite al fatto che tutti gli atomi sono costituiti da soli tre tipi di componenti: i protoni e i neutroni (che formano i nuclei) e gli elettroni (che si distribuiscono intorno al nucleo in accordo con le leggi della meccanica quantistica).

I fisici hanno proceduto oltre in questo tentativo di semplificazione della descrizione del mondo naturale e ora credono che il comportamento dell'intero mondo fisico - non solo gli atomi, ma anche le stelle e la gente - sia determinato da poche fondamentali "costanti", che sono le masse di un pugno di particelle cosiddette elementari e le intensità delle forze - elettriche, nucleari, gravitazionali - che legano fra loro queste particelle e governano i loro moti.
In particolare, alcuni fenomeni naturali si possono spiegare molto più facilmente di altri utilizzando queste semplici leggi. I processi biologici, per esempio, sono ben più difficili da comprendere che non la caduta di una mela da un albero o l'orbita di un pianeta intorno al Sole.

Ma è la complessità, e non le dimensioni, che rende un processo difficile da capire. Per esempio, noi comprendiamo l'interno del Sole meglio che l'interno della Terra: questo accade perché le temperature e le pressioni nelle profondità del nostro pianeta non sono così elevate come quelle che si misurano, invece, dentro il Sole. Nell'interno della Terra esistono strutture complesse, come composti chimici che contengono molti atomi legati tra loro; invece dentro il Sole, per effetto delle elevate temperature, ogni composto chimico si riduce ai suoi costituenti, i nuclei atomici da un lato e gli elettroni dall'altro. Inoltre, il loro comportamento è governato da semplici leggi fondamentali.

Il nostro Universo contiene miliardi di galassie e ciascuna di queste può a sua volta contenere, come avviene nel caso della nostra Via Lattea, miliardi e miliardi di stelle più o meno simili al Sole. Le osservazioni ci dicono che l'Universo si espande, con i gruppi di galassie che si allontanano fra loro sempre di più con il trascorrere del tempo. Da questa circostanza i cosmologi arguiscono che ci fu un tempo, circa 15 miliardi di anni fa, in cui tutta la materia e l'energia dell'Universo - e così lo spazio e il tempo -si trovavano concentrati in una regione minuscola e incandescente, una palla di fuoco che hanno chiamato Big Bang.

Sicuramente, in queste primissime fasi di vita dell'Universo, alla temperatura di 10 miliardi di gradi, la materia si trovava scomposta nei suoi costituenti primordiali: in quel periodo, l'espansione faceva raddoppiare le dimensioni universali ogni secondo.

In un certo senso, si può dire che le condizioni nel Big Bang erano ancora più semplici che non quelle che ritroviamo oggi nell'interno del Sole e per questo si può realisticamente sperare di riuscire a spiegare perché l'Universo si sta espandendo nel modo che osserviamo. Forse saremo anche in grado di capire in che modo siano nate le galassie e le stelle nel corso dell'espansione universale e, in tal modo, ci avvicineremo alla comprensione delle nostre stesse origini.

Ma non appena cominciamo ad avvicinarci alla comprensione di questi processi, subito ci imbattiamo in un curioso problema: quello delle coincidenze cosmiche.

LE COINCIDENZE COSMICHE

L'UNIVERSO tutto sommato, è semplice; noi invece siamo creature estremamente complesse. La causa è probabilmente il fatto che abitiamo in un ambiente particolare, per niente tipico.

Un gioco di equilibri

Di sicuro, il pianeta che ci ospita rappresenta un luogo speciale nell'Universo (benché non necessariamente unico); a ben pensarci, anche l'epoca in cui viviamo è abbastanza speciale. Al tempo del Big Bang, le condizioni estreme che allora si registravano non potevano certo consentire l'esistenza della complessità che ritroviamo nella vita umana; oggi, invece, le condizioni sembrano proprio quelle giuste (almeno per questo particolare pianeta di questa stella di questa galassia). In un futuro più o meno lontano, forse le condizioni torneranno a non essere più favorevoli per la vita. Noi esistiamo qui e ora, grazie a certe precise relazioni che sussistono tra le forze fondamentali di natura e le particelle elementari.

QUANTO DEVE MISURARE UN UOMO?

ANALOGAMENTE sono le forze fondamentali di natura che decidono quanto dev'essere grande un essere umano. In altre parole, i nostri corpi, come peraltro tutte le strutture chimiche, sono tenuti assieme dalle forze elettriche.

Poiché la forza gravitazionale che si esercita sui nostri corpi - cioè il nostro peso - dipende dal numero degli atomi che essi contengono, ne deriva che la forza è tanto maggiore quanto più la persona è grossa. E più una persona (o un'altra creatura) è grossa, più duro sarà il tonfo se cade a terra. Un semplice calcolo indica che una creatura molto più grossa di un essere umano, che abitasse sulla superficie di un pianeta come la Terra, si spezzerebbe cadendo al suolo.

In altri termini, noi siamo grandi quanto possiamo esserlo in base al nostro modo di vivere, o piuttosto al modo di vivere dei nostri recenti antenati. Le balene possono essere così grandi perché il loro peso è parzialmente sostenuto dalla spinta di Archimede dell'acqua; gli elefanti, invece, si sa che si muovono lentamente e con attenzione. I nostri antenati che erano primitivi e vivevano sugli alberi, non potevano essere molto più grossi perché un'eventuale caduta da un ramo sarebbe risultata fatale.

Allora, il fatto stesso che noi esistiamo ci dice, per certi versi, quali condizioni regnano nell'interno delle stelle e nell'Universo su larga scala. Questa è la forma più debole di ciò che è chiamato ragionamento antropico, o cosmologia antropica.

A partire dal dato che noi siamo degli esseri viventi la cui biologia si basa essenzialmente sul carbonio, e che evolviamo lentamente su un pianeta in orbita intorno a una stella gialla, ci sono alcuni aspetti dell'Universo che possono essere dedotti in modo abbastanza diretto e lineare. Questo approccio alla cosmologia ci potrà tra poco aiutare a capire a fondo come mai l'Universo intorno a noi è così grande.

L'UNIVERSO: UN GRANDE VECCHIO...

...CHE E' PARTE DI NOI

Occorsero miliardi di anni perché la vita potesse evolvere fino al livello intelligente su un pianeta come la Terra. Deduciamo: l'Universo deve essere vecchio di circa una quindicina di miliardi d'anni ed esteso quindici miliardi di anni luce! Questa considerazione mostra la potenza del ragionamento antropico: semplicemente dal fatto che siamo una forma di vita basata sul carbonio, noi possiamo dedurre che l'Universo deve avere certe dimensioni e una certa età. In altri termini, noi non osserviamo il cosmo in un istante qualunque del tempo cosmico, ma invece lo osserviamo nel prezioso istante in cui una forma di vita come la nostra può iniziare a porsi domande sulla struttura universale.

La cosmologia antropica riporta in auge un po' dell'antico orgoglio per la posizione dell'uomo nell'Universo, quell'orgoglio che si era appannato nel momento in cui gli astronomi compresero che la Terra non era il centro del mondo; e, allora, forse non vivremo in un luogo speciale, ma sicuramente viviamo in un'epoca speciale.

La prossima volta che voi o i vostri amici resterete senza fiato ad ammirare l'immensità del cosmo, come si rivela con un semplice sguardo al cielo notturno e a quello sterminato esercito di stelle, confortatevi con l'idea che tutta quell'immensità è necessaria perché noi si sia qui a contemplarla. Noi siamo parte dell'Universo - è vero - ma anche l'Universo, in un certo senso, è parte di noi!

(dalla rivista l'astronomia, marzo 1990; traduzione di Giusi Galli)