Teoria

Cosmologia: mito o scienza?

12 Maggio 2016
schema

La lotta di classe nelle polis ioniche tra il VII eil V secolo a.C. produce la cosmologia materialista – l’universo è materia infinita in continuo movimento. Il demos degli artigiani e dei commercianti per la sua stessa attività lavorativa ha bisogno della scienza della natura. Spiegare la natura con le forze stesse della natura. Le classi progressive hanno combattuto sempre per una visione dell’universo infinitista.




La borghesia dopo che ha concluso la sua epoca progressiva ed entra nella decadenza ha rinnegato la Rivoluzione galileiana e vomita irrazionalismo. Engels difese l’infinità dell’universo contro l’ideologia della morte termica: in un universo infinito ci sono infiniti scambi di energia e di conseguenza la questione dell’entropia non si pone.




Hannes Alfvén(30 maggio 1908 - 2 aprile 1995, Svezia), premio nobel per la fisica nel 1970 e membro dell’Accademia delle Scienze dell’Unione Sovietica, ha proseguito la battaglia degli ionici, di Giordano Bruno e di Engels contrastando e confutando la cosmologia necrofila del Big Bang.




Lo scienziato materialista svedese oppone all’assolutizzazione della forza di gravità l’azione contemporanea di tutte le forze della natura e al platonismo matematico la sperimentazione: “l’astrofisica deve essere l’estrapolazione della fisica di laboratorio…..dobbiamo partire dall’universo attuale per procedere all’indietro fino a ad epoche più remote ed incerte”. L’universo si può spiegare allo stesso modo dei fenomeni che analizziamo in laboratorio.




Proponiamo questo lungo articolo divulgativo del 1984 di Hannes Alfvén, tradotto da Gianmarco Satta.







Io, che decanto la macchina e l'Inghilterra,




sono forse semplicemente




nel più comune vangelo




il tredicesimo apostolo (Majakovskij)




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COSMOLOGIA: MITO O SCIENZA?







Per il Giubileo d’oro dell’Indian Academy of Sciences, rappresentante di una cultura che ha indagato la cosmologia per quattro millenni.









  1. Le cosmologie pre-galileiane











    1. Antichi miti cosmologici






La cosmologia è iniziata quando l’uomo ha iniziato a chiedersi: cosa c’è aldilà dell’orizzonte e cosa è successo prima dell’evento più antico che io possa ricordare? Il metodo della ricerca era di chiedere a quelli che avevano viaggiato molto lontano; loro riferivano ciò che avevano visto, e anche quello che le persone che avevano incontrato gli avevano raccontato a proposito di regioni ancora più remote. Analogamente, il nonno racconta della sua gioventù e ciò che gli diceva suo nonno e così via. Ma l’informazione era sempre più incerta quanto più remoti erano le regioni e i tempi.




La crescente domanda di conoscenza su regioni assai lontane e tempi molto antichi trovava persone che affermavano di poter dare un’accurata informazione riguardo le regioni più distanti e i tempi più lontani. Quando gli si chiedeva come potessero sapere tutto ciò spesso rispondevano che erano in contatto diretto con le divinità, e ricevevano delle rivelazioni sulla struttura dell’intero universo e su come era stato creato. E alcuni di questi profeti erano creduti da grandi gruppi di persone. I miti sulla creazione e la struttura dell’universo furono incorporati come parti essenziali delle tradizioni religiose.




A culture differenti, si rifanno mitologie drasticamente differenti, a seconda del modo in cui il pensiero filosofico si è sviluppato e della personalità dei grandi profeti. In alcune religioni del mondo, sia l’universo che le divinità erano creduti eterni; in altre, gli dei o un Dio hanno creato l’universo. In certe religioni, non c’è conflitto tra questi punti di vista; inizialmente l’universo coincideva con un dio e le differenti parti del suo corpo si sono sviluppate in differenti parti dell’universo. In India durante il periodo Vedico, il dio Purusa era inizialmente identico all’intero mondo, una parte del suo corpo divenne la Terra, altre parti il Cielo; il Sole era formato dai suoi occhi e la Luna dalla sua anima. In altre scuole filosofico-mitologiche, sia il Cielo che la Terra erano considerate divinità e come genitori di altre divinità. Talvolta si diceva che un singolo dio – in India, Agni o Soma o Rudra – altre volte che tutte le divinità insieme avessero generato o creato l’intero universo.




Nel Rigveda, c’è un notevole poema che dice che in origine:







In quel momento non vi era né l'esistente, né il non-esistente.
Non vi era aria, né il cielo che è al di là.
”.







C’era solo :







Una massa auto supportante al di sotto, ed energia sopra.




Chi sa, chi mai ha detto, da quando ha avuto origine questa vasta creazione?




Nessuna divinità era ancora nata – chi può mai rivelare allora la verità?”







Negli oltre tre millenni che sono passati dal periodo Vedico, la mitologia indiana si è sviluppata in una giungla di credenze coesistenti, in parte assorbite dai vicini, e in parte dalle precedenti culture che erano crollate. La sofisticata filosofia mitologica è, forse, un po’ meno caotica. C’è una generale tendenza a considerare l’evoluzione dell’universo periodica così come la società umana. Per meglio dire, c’è una gerarchia di periodi. Un’età dell’oro, seguita da una d’argento, una di bronzo e l’attuale età del ferro (Kaliyuga) formano un Mahayuga di 54.000 anni. Un certo numero di Mahayuga formano un periodo più ampio, e così salendo sulla scala fino al Kalpa o “giorno di Brahma”, che è di 4x109 anni. È solo mezzo ordine di grandezza più piccolo di quella che secondo l’ipotesi del Big Bang dovrebbe essere l’età dell’universo”. Tuttavia ci sono 365 giorni Brahma in un anno Brahma, e Brahma vive 100 anni, così gli antichi indiani usavano unità di tempo che erano quattro ordini di grandezza maggiori del Big Bang. (Naturalmente, quando Brahma muore dopo 100 anni rinasce immediatamente). Le stime degli indiani sulle dimensioni del mondo non sono così fantastiche. Talvolta viene data la cifra di circa di 10.000 yojanas, che significa meno della metà della distanza dalla Luna.




Il pensiero dell’area Mediterraneo-Mediorientale era inizialmente strettamente connesso alle mitologie indiane poiché greco, latino e persiano erano affini al sanscrito. Anche lo stile di vita dei popoli che parlavano queste lingue era simile. La battaglia di Kuruksetra e la battaglia di fronte alle mura di Ilion ebbero luogo all’incirca nella stessa epoca e furono combattute in modo simile. Gli eroi passavano un giorno dietro l’altro combattendo, e all’alba tornavano nei loro campi, a bere e vantarsi. I loro dei svolsero una parte decisiva nella lotta. (A proposito, nella mitologia scandinava, i vichinghi che cadevano in battaglia andavano immediatamente nel Valhalla, dove trovavano lo stesso tipo di vita quotidiana).




Allo stesso modo, la mitologia mediterranea era inizialmente simile alla sequenza dell’età dell’oro, dell’argento, del bronzo e del ferro. Tuttavia, la filosofia cosmologica greca che divenne la guida con l’esplosione culturale greca intorno al 500 a.c. non si è sviluppata come quella indiana. Per prima cosa, il mondo è rimasto molto limitato in termini di tempo. Anzi, le ipotesi sull’età del mondo considerano periodi di alcune migliaia di anni, che è solo un micro-kalpa. D’altra parte, le stime sulle dimensioni dell’universo non sono così differenti.




Non sembra che le antiche cosmologie fossero così intimamente connesse con la religione. I saggi della Cina non avevano teorie precostituite, e sembra che basassero il loro pensiero cosmologico più sui fenomeni che osservavano. Ma le osservazioni che potevano fare non bastavano per alcuna conclusione certa, e qualsiasi scenario più elaborato era non meno speculativo di quelli che derivavano dalla rivelazione divina dei profeti.















    1. La cosmologia buddista









Il buddismo ha sviluppato posizioni sulla cosmologia che erano drasticamente differenti dalle altre cosmologie indiane. Poiché il buddismo è fondamentalmente una religione agnostica, non nega la possibile esistenza di divinità, ma non afferma che ce ne sia qualcuna. L’esistenza delle divinità è irrilevante per l’aspirazione buddista, che è trovare la giusta via verso la salvezza, l’annullamento del desiderio, lo stato di Nirvana.




Come conseguenza logica di ciò, quando a Buddha fu chiesto se l’universo fosse eterno o creato si dice che egli abbia risposto nel suo caratteristico stile:




È sbagliato dire che è eterno.




È sbagliato dire che è creato.




È sbagliato dire che è sia eterno che creato.




È sbagliato dire che non è ne eterno ne creato.




Forse questa è un’eco dal poema del Rigveda già citato che probabilmente deriva da un millennio prima: siccome l’uomo deriva la sua conoscenza sui primi stadi dell’universo dai profeti che l’hanno avuta a loro volta direttamente dalle divinità, allora non si può avere alcuna informazione circa l’epoca in cui gli dei non erano ancora nati. Allo stesso modo, poiché Buddha non crede negli dei – o in ogni caso, non si cura di essi – non c’è possibilità di avere informazioni sull’antica cosmologia.




Forse se ne può trovare un eco anche due millenni dopo, quando Descartes proclamava: De omnibus est dubitandum (“Dobbiamo dubitare di tutto”). Tuttavia, non sarebbe del tutto corretto dato che Decartes ha ereditato anche la tradizione scientifica galileiana secondo cui le questioni controverse dovrebbero essere risolte ricorrendo all’esperimento e all’osservazione. Ma in questo caso non sembra che ci sia alcun conflitto logico di fondo tra Descartes e l’agnosticismo del Rigveda e del Buddha.









    1. L’ascesa della matematica











      1. I pitagorici






Un nuovo elemento nella discussione cosmologica fu introdotto dall’emergere della scienza e della filosofia naturale in Grecia come parte dell’esplosione culturale intorno al 500 a.c. I greci avevano assorbito le conoscenze astronomiche dalle culture mesopotamica ed egiziana, e, come abbiamo già detto, la loro mitologia era geneticamente connessa a quella indiana.




Il nuovo elemento consisteva nell’emergere della geometria, che in larga misura derivava dall’Egitto, dove era di importanza pratica per la misurazione dei terreni. I greci la svilupparono fino al capolavoro ancora insuperato di struttura logicamente rigorosa che conosciamo come geometria euclidea. Ci si può chiedere se la bellezza del teorema dei poliedri regolari sarà mai superata. Con una semplice discussione che chiunque può comprendere in pochi minuti, si raggiunge la sorprendete conclusione a priori che esistono cinque e solo cinque di questi corpi.




Strettamente connesso con questo, venne compiuto un ben più ampio progresso del nuovo pensiero da parte dei pitagorici. Dimostrarono che la base dell’armonia musicale era un semplice rapporto di numeri interi. È facilmente comprensibile che ciò portava all’ottimismo filosofico. I pitagorici cercarono d’incorporare nella loro filosofia anche l’astronomia e la cosmologia. Sosteneva che l’astronomia doveva essere l’occhio e l’armonia musicale l’orecchio.




Era certamente un’idea rivoluzionaria. Fu il primo tentativo di costruire uno schema matematico comprensibile della cosmologia e di elaborare una visione sinottica dell’universo come un tutto.




Si potrebbe dire che il suo principio base sia che poiché il mondo è stato creato dagli dei, deve esserci un ordine sublime nella sua struttura fondamentale – anche se molti spiacevoli disordini locali erano evidenti. Secondo i pitagorici, la figura geometrica più “perfetta” è il cerchio, e il più “perfetto” di tutti i corpi solidi è la sfera. Ergo la Terra deve essere un disco circolare o una sfera, circondata da una serie di sfere di cristallo, in cui erano collocati i pianeti e le stelle. Inoltre, il movimento perfetto era il moto uniforme. Ergo le sfere di cristallo dovevano ruotare con velocità uniforme. Ciò era necessario per “l’armonia delle sfere.”






    1. Rapporto tra Teoria e Osservazione









Né i pitagorici né Platone si curavano molto del confronto con le osservazioni. I pitagorici costituivano una società segreta con nessun reale contatto con il resto della società greca. Anzi, i traditori erano severamente puniti. Le regole dell’Accademia di Platone includevano: “Non permettere a nessuno che non abbia appreso la geometria di entrare qui,” e raccomandava a tutti i suoi scolari di concentrarsi sull’aspetto teorico del loro soggetto e di non passare infinite seccature con le misurazioni fisiche trascurando i problemi teorici.”




Ciò era conforme all’atteggiamento generale dell’aristocrazia intellettuale in Grecia. La convinzione era che la tecnologia, compresa l’innovazione tecnologica, dovessero essere in gran parte relegate alle classi più basse, soprattutto gli schiavi. Era degradante per un filosofo avere le mani sporche.




Ciò ha suggerito che questa separazione tra pensiero teorico sofisticato e lavoro pratico, compresi gli esperimenti, fosse la ragione di fondo del perché la scienza altamente avanzata dell’antica Grecia non abbia mai portato al progresso che si realizzò in Europa due millenni dopo.















      1. Il sistema tolemaico






Quando, malgrado Platone, le osservazioni cominciarono a suscitare interesse, la cosmologia pitagorica sembrò, su un punto, essere confermata dalle osservazioni: la sfera di cristallo più esterna, quella dove sono fissate le stelle, sembrava apparentemente muoversi a velocità costante. Era proprio ciò che ci si aspettava perché questa sfera era quella più esterna, più vicina a dove vivevano gli dei, e perciò la più divina. Sfortunatamente, la teoria non si accordava tanto bene ai risultati dell’osservazione quando si applicava ai pianeti, compresi il sole e la luna. Il Sole e la Luna si muovevano talvolta più verso nord, altre volte più verso sud, e un pianeta come Giove invertiva il suo movimento i rapporto alle stelle.




Era ovvio che c’era qualcosa di sbagliato. Ma i principi di fondo – moto uniforme e figure geometriche perfette – erano sacrosanti e non potevano essere abbandonati anche se erano in conflitto con le osservazioni. Invece, furono favorite delle idee ausiliari molto ingegnose. I pianeti non erano fissati direttamente alle sfere di cristallo, ma ciascuno era fissato ad un piccolo cerchio, che si muoveva a velocità costante con il suo centro fissato alla sfera di cristallo. Per un certo tempo tali teorie apparvero promettenti, ma osservazioni migliori dimostrarono che non erano accurate. La reazione degli scienziati fu di cercare di aggiustare una vecchia fantasia invece di chiedersi se, dopotutto, la sua base si fondasse sulla verità. Aggiustarono alla meglio invece di ri-creare. Quindi furono fatte aggiunte sempre più complicate al sistema.




Il risultato di ciò fu il sistema Tolemaico, che ha operato nel terzo secolo A.C. Sono stati introdotti non meno di 54 epicicli, eccentricità, ecc. Ma nello stesso momento in cui diveniva più complicato, diventava più sacrosanto. Quando una valanga di fanatismo religioso congelò profondamente, per più di un millennio, la cultura classica, non si sviluppò più tanto, e l’età lo rese ancora più sacrosanto. La critica era pericolosa, ed erano una rara eccezione i casi come quello del famoso astronomo, Re Alfonso X di Castiglia, che si lamentava del suo grado di complessità: “se fossi stato presente alla creazione, avrei potuto dare un profondo consiglio.”






      1. Astronomia, astrologia, e mito






Questa cosmologia basata sulla matematica non entrava in serio conflitto con i miti antichi. Essi venivano in una certa misura incorporati, cresceva una giungla di matematica, astronomia, astrologia, e miti provenienti da molte culture primitive. Dei e spiriti di ogni genere cominciarono a stabilirsi sulle sfere di cristallo, causando spesso un’esplosione demografica. Ad esempio, un gruppo di costellazioni raffigurate come Perseo salvarono Andromeda da Medusa, la cui terribile testa è rappresentata da una stella variabile. Ancor più teatrale è il cacciatore gigante Orione, che, seguito dal Grande Cane e dal Piccolo Cane, si erge con il suo club contro il Toro dagli occhi rossi.




Il movimento iniziale del sole lungo l’eclittica è stato illustrato da diversi miti solari. Ad esempio, quando Ercole combatteva contro un toro e poi contro un leone, si riteneva rappresentasse l’ingresso del Sole – nel suo passaggio lungo lo zodiaco – nelle costellazioni del Toro e del Leone. Un altro mito, quello nel quale Dalila taglia i capelli da cui Sansone trae la sua forza, ci indica che nella discesa, quando il Sole entra nella costellazione della Vergine, i suoi raggi perdono la loro forza riscaldante e diviene prigioniero per mezzo anno, fino alla primavera, quando riprende la sua forza.




Questa caotica conglomerazione di matematica, astronomia (compresa la cosmologia), e miti derivanti da molte religioni è finita con il divenire un ingrediente permanente della nostra cultura. Oggi, dopo più di 2000 anni, è più vivo che mai. I giornali e i periodici hanno solitamente delle pagine di astrologia; ogni gioielliere vende ciondoli e spille con i segni dello zodiaco. Dal punto di vista della nostra società commercializzata, si investono molti più dollari in astrologia che in astronomia.






    1. Creazione ex nihilo versus universo ingenerato






L’ascesa delle religioni monoteiste significa che uno degli dei diviene più importante degli altri. Egli diviene il Faraone, il dittatore dei Cieli, il Dio con la “D” maiuscola. Diventa più importante anche del mondo materiale. Solo lui è eterno. Non è un prodotto dell’evoluzione dell’universo, come nel Rigveda. Al contrario, l’intero mondo è una struttura secondaria creata da Lui. Nella Bibbia la creazione ha richiesto sei giorni. Ha ancora il carattere di un ordine introdotto in un caos pre-esistente. Fino a pochi secoli prima A.D. la creazione non era concepita come produzione del mondo ex nihilo (ma questo non è mai insegnato nella Bibbia). Dio, adesso, era diventato abbastanza potente da creare il mondo intero pronunciando solo alcune parole magiche, o con la sua forza di volontà.




Le religioni monoteiste hanno spesso la tendenza a divenire fanatiche. Certamente il cristianesimo fu così, almeno in alcuni periodi. Tertulliano diceva Credo quia absurdum (“Credo perché è assurdo”). Quindi non dovrebbe esserci alcun serio tentativo di riconciliare religione e scienza.




Nella filosofia aristotelica il mondo materiale era “ingenerato e indistruttibile”, un punto di vista che non è in conflitto con alcune delle posizioni rigvediche. Solo in epoca medievale le posizioni di Aristotele furono adattate all’idea della creazione ex nihilo fondamentalmente da San Tommaso, che rimodellò la filosofia aristotelica in accordo con le necessità della dottrina ecclesiastica.




È importante ricordare che anche San Tommaso confessava che la ragione poteva essere soddisfatta solo dall’assunto che il mondo non aveva un inizio. “La dottrina di un principio o della non eternità del mondo doveva essere accettata sola fide, come atto di pura fede nel rispetto dell’autorità.”




Neppure le religioni monoteistiche furono fatali ai vecchi miti. Gli dei “pagani” cambiarono il loro nomi – alcuni divennero demoni, altri santi. In Italia, un paese rende omaggio ai santi in quegli stessi luoghi, nelle foreste, in cui anticamente viveva solitamente una ninfa o una driade. Hanno solo acquistato degli abiti più moderni. Il solstizio d’inverno era, in epoca “pagana”, la festività del dio-Sole, e una dea-Luna della fertilità veniva adorata alla prima luna piena dopo l’equinozio di primavera. Queste simpatiche vecchie tradizioni resistono, ancora oggi, benché con un significato modificato.




L’antica credenza che i pianeti governavano la vita degli uomini si è conservata e sviluppata oltre. L’astrologia, la mitologia e la religione costituirono una sempre più complicata e affascinante struttura. Il conflitto di fondo tra un Dio onnipotente e la vecchia credenza che il nostro destino fosse determinato dalle stelle è stato riaccomodato dalla seguente formula:







Astra regunt nomine, sed regit astra Deus




(Le stelle dominano gli uomini, ma Dio domina le stelle)







Fu dimenticata la base scientifica del sistema Tolemaico, cioè, che le stelle si muovo secondo certe leggi matematiche.









    1. Mito contro scienza; Miti matematici









Il sistema tolemaico inizialmente fu una teoria molto attraente ma, nel corso dei secoli, si sviluppò in una struttura rigida e sacra sempre più incapace di incorporare nuove scoperte. La ragione di ciò fu che fondamentalmente l’approccio non era scientifico ma mitologico. Le idee di base erano le figure geometriche perfette e il moto uniforme. L’idea di costruire un sistema del mondo su tali principi generali rappresentò un grande progresso, perché inizialmente si credeva che gli eventi del mondo fossero governati dalla volontà o dai capricci degli dei. Il sistema tolemaico non metteva necessariamente in discussione il fatto che il sistema celeste fosse creato dai gli dei, ma sosteneva che essi dovevano aver agito secondo certi principi filosofici o matematici che era possibile analizzare e comprendere. Un matematico sufficientemente sofisticato avrebbe potuto scoprire quali erano i principi matematici divini.




Il sistema tolemaico origina da ciò che possiamo definire un mito matematico.




La filosofia pitagorica aveva una bellezza logica che potrebbe anche essere definita 'divina'. Ricorrendo al pensiero puramente astratto i teorici hanno affermato di aver scoperto i principi in base al quale gli dei agirono quando crearono il mondo. E quando questi principi furono scoperti, si è ritenuto che il mondo dovesse essere strutturato in base ad essi. In un certo senso, i demiurghi non avevano altra scelta; non era neppure necessario che esistessero. Ma nemmeno le osservazioni della realtà fisica erano necessarie. Il sistema si basava sull'ispirazione divina o sulla necessità logico-matematica. Se Galileo sosteneva di vedere nel suo telescopio corpi celesti o macchie solari che a priori non esistono, era il suo telescopio e non il sistema teorico ad essere sbagliato.




Ma molto tempo prima di Galileo, erano apparse nuove idee nella cultura islamica, che assunse la guida della scienza meno di 100 anni dopo l'Egira. Nel XII secolo, Averroè da Cordova affermava che il mondo fosse eterno e non creato, ma in uno stato di evoluzione (Singer 1959), una posizione simile alla cosmologia gerarchica d'oggi. Nel suo impressionante trattato al-Muqaddima, Ibn Khaldun (intorno al 1400 AD) osò opporsi alla posizione di Platone secondo cui il mondo poteva essere esplorato solo dal pensiero logico. Diceva, anzi, che "la logica non è un modo sicuro di pensare, a causa della sua tendenza all'astrazione e la sua lontananza dal mondo tangibile" (Baali & Ward 1981). Ciò è simile all'avvertimento di Bertrand Russell, mezzo millennio più tardi, contro 'la sola ragione'. Ibn Khaldun affermava esplicitamente che la cosmologia doveva basarsi sulle osservazioni.









    1. Il sistema copernicano









L'idea di Ibn Khaldun rimase in letargo per duecento anni finché non riapparve in Europa, dove causò la ben nota crisi che ha portato alla vittoria del sistema eliocentrico di Copernico (ma dopo qualche tempo quest'ultimo dovette abdicare a favore di un sistema “galattocentrico”).









    1. Il compromesso di Tycho-Brahe









Durante la lotta tra le cosmologie geocentrica e eliocentrica, fu proposto un compromesso ingegnoso da Tycho Brahe. La sua cosmologia accettava che tutti i pianeti si muovessero intorno al Sole, ma il sole (insieme a tutti i pianeti) si muovevano intorno alla Terra. (Anche la Luna si muoveva intorno alla Terra.) In questo modo soddisfaceva le osservazioni che indicavano che i pianeti si muovevano attorno al Sole, ma conservava la sacrosanta cosmologia geocentrica. La cosmologia di Tycho-Brahe concordava con le osservazioni pressappoco come la cosmologia copernicana. Ma ben presto si scoprì che la questione di fondo era un'altra. Era la sopravvivenza o la sconfitta di un mito sacrosanto. Il mito si era rivelato sterile. Non era stato in grado di prevedere un solo nuovo fenomeno che in seguito fu confermato dall'osservazione.





  1. L’introduzione del telescopio







    1. L’approccio empirico: Newton




La vera importanza della rivoluzione copernicana non fu il fatto che una cosmologia geocentrica venne sostituita da una eliocentrica, ma che il nuovo approccio alla cosmologia si basava sulle osservazioni, non su principi matematico-filosofici. I tolemaici non avevano mai capito chiaramente che, come afferma Bertrand Russell "la matematica è la scienza in cui non si sa mai di che cosa si sta parlando, se quello che dici è vero". Infatti, “tratta di entità ipotetiche e si preoccupa solo delle relazioni delle une con le altre, essendo indifferente al fatto che qualcosa nel mondo reale corrisponda”. Ciò significa che la matematica è adatta a conferire autorità a qualsiasi idea, ma se l'idea è un mito, la matematica può trasformarlo in un “mito matematico”, ma non garantisce che esso abbia qualcosa a che vedere con la realtà.




L'approccio osservativo era essenziale perché l'introduzione da parte di Galileo del telescopio portò ad un rapido aumento a valanga dei fatti osservativi. Galileo, Keplero e Newton stabilirono nuove leggi della natura che spiegavano i fatti osservati con una precisione sorprendente. Grazie a loro era possibile prevedere diversi fenomeni che poi furono osservati. Allo stesso tempo, avevano una 'bellezza' matematica, che forse superava anche quella delle vecchie leggi. Ma era chiaro che non erano sacrosanti. Newton diceva: 'Hypotheses non fingo' (“Non faccio alcuna ipotesi”) Tuttavia, rimasero incontrastate fino all'inizio di questo secolo. La transizione da una cosmologia eliocentrica ad una cosmologia galatto-centrica e più tardi a cosmologie con il centro nel nostro ammasso di galassie, ecc, non ha portato ad alcuna crisi.




In effetti questa transizione era stato prevista dalla teoria newtoniana. Un risultato importante del nuovo approccio alla cosmologia fu l'abolizione della vecchia divisione della fisica in 'fisica terrena' e 'fisica celeste'. Secondo Aristotele, tutti i fenomeni 'sub luna' (al di sotto della Luna) erano governati dalla prima, mentre la seconda regolava gli eventi allo stesso livello o al livello superiore dell'orbita lunare. L'unico che in passato mise in dubbio ciò fu Giordano Bruno, ma fu dimostrato vero da Galileo e Newton. Fu la mela cadente nel giardino di Newton, a mandare in frantumi la sfera che separava le due discipline della fisica.




Torniamo ora alla differenza tra mito e scienza. E' questa la differenza tra ispirazione divina o 'la sola ragione' (come dice Bertrand Russell) da una parte, e teorie a stretto contatto con l'osservazione dall'altra. L'enorme afflusso di materiale dell'osservazione determinato dall'introduzione del telescopio non poteva conciliarsi con le sfere di cristallo. Sono state fatte saltare dall'iniezione di tanti nuovi fatti osservativi. Si può dire che la 'rivoluzione copernicana' fu determinata più dall'introduzione del telescopio da parte di Galileo che dalla teoria copernicana. In realtà, Aristarco aveva proposto la stessa teoria 2000 anni prima, ma poiché non esistevano telescopi non poteva essere dimostrata.




Limiti della teoria newtoniana




All'inizio di questo secolo il formalismo newtoniano è stato messo in discussione in quattro diversi aspetti:




1. Era ovvio che non era applicabile agli atomi, dove doveva essere sostituito dalla meccanica quantistica.




2. I movimenti a velocità non trascurabili rispetto alla velocità della luce dovevano essere trattati dalla teoria della relatività ristretta.




3. La teoria generale della relatività richiese la sostituzione dello spazio tridimensionale euclideo di Newton con uno spazio curvo quadridimensionale.




4. Fu evidente che i fenomeni elettromagnetici erano di importanza decisiva per il movimento dei mezzi diffusi ionizzati. Fu necessario inserire la magnetoidrodinamica e la fisica del plasma nella fisica cosmica. Mentre le conseguenze di (1) e (2) non sono controverse, discuteremo la (3) e (4) dopo nelle Sezioni 3 e 4.






    1. Scienza e vecchi miti




Come ha fatto la scoperta scientifica ad influenzare i vecchi miti? Per diversi pionieri non sembra esserci stato un conflitto reaIe. Tycho Brahe e Keplero, ad esempio, non solo sono stati eminenti scienziati ma anche eminenti astrologi, (ancora oggi, quando un giorno si è rivelato estremamente sfortunato, gli scandinavi spesso esclamano: "Oggi è proprio il giorno di Tycho Brahe!" La ragione di ciò è il fatto che pubblicò un calendario di quei giorni in cui le costellazioni erano molto sfavorevoli.) Per quanto riguarda alcuni dei pionieri, questa mancanza di conflitto può essere dovuta al fatto che era pericoloso contrastare le credenze esistenti, o al fatto che alcuni guadagnavano da vivere come astrologi di corte. Ma sembra evidente che una tale spiegazione non è sufficiente. Nella sua lettera al vescovo Bently, Newton stesso scrisse che le sue meccaniche celesti dimostravano l'esistenza di Dio, e trascorse la sua vecchiaia a calcolare quanti angeli vi fossero secondo l'Apocalisse.






    1. Scienza e nuovi miti




Il trionfo della scienza sul mito nel campo della meccanica celeste si è lentamente diffuso ad altri campi. Ci sono voluti più di due secoli prima che invadesse seriamente la biologia. Nel nostro secolo l'approccio scientifico ha abbracciato altre aree che in precedenza gli erano estranee, come ad esempio l'origine della vita e il funzionamento del cervello umano. Tuttavia, ciò non significa una vittoria completa e definitiva del buon senso e della scienza sul mito. In realtà assistiamo oggi ad un atteggiamento antiscientifico e ad una rinascita del mito. Questa tendenza ha almeno due cause. Il creazionismo popolare nel sud degli Stati Uniti deriva dal fanatismo religioso. Ma in un certo senso, la minaccia più interessante e anche più pericolosa viene dalla scienza stessa. In senso veramente dialettico è il trionfo della scienza che ha liberato le forze che oggi sembrano ancora una volta rendere i miti più potenti della scienza e produce un 'creazionismo scientifico' all'interno dello stesso mondo accademico.






    1. La relatività ristretta




Uno dei più bei risultati della scienza e stato la teoria della relatività ristretta. Si basava essenzialmente sull'esperimento di Michelson-Morley e sulla teoria dell'elettromagnetismo di Maxwell, che in modo elegante descriveva tutti i risultati dello studio dei fenomeni elettrici, magnetici, e ottici. Già quando è espressa in un ordinario sistema tridimensionale di coordinate cartesiane, la teoria della relatività ristretta è un bella teoria, ma la sua bellezza matematica è sicuramente piuttosto accresciuta se espressa in uno spazio quadridimensionale.




A questo fatto è stata data un'enorme importanza. Si è affermato che "Einstein ha scoperto che lo spazio è a quattro dimensioni ", un'affermazione che non è corretta. Infatti, H. G. Wells (1894) ha basato il suo ingegnoso romanzo, "La macchina del tempo", sull'idea 'generalmente accettata' che lo spazio fosse quadridimensionale, con il tempo come la quarta coordinata. Questo romanzo fu pubblicato quando Einstein aveva quindici anni.




Tuttavia, la quarta coordinata che Einstein introdusse non fu tempo, ma il tempo




moltiplicato per -1. Da un punto di vista matematico ciò è elegante, perché significava che la trasformazione di Lorentz può essere descritta come una trasformazione di un sistema di coordinate nello spazio quadridimensionale. Tuttavia, da un punto di vista fisico non dà nuove informazioni.




Molte persone probabilmente si sono sentite sollevata dal fatto che gli si sia detto che la vera natura del mondo fisico non poteva essere compresa se non da Einstein e pochi altri geni che erano in grado di pensare in quattro dimensioni. Avevano tentato di comprendere la scienza, ma ora era evidente che la scienza fosse qualcosa in cui credere, non qualcosa che dovrebbe essere compreso. Presto i più venduti tra i libri di divulgazione scientifica divennero quelli che presentavano i risultati scientifici come insulti al senso comune. “Più è astruso e meglio è!”




Ai lettori piaceva essere colpiti, e gli scrittori scientifici non avevano difficoltà nel presentare la scienza in maniera mistica e incomprensibile. Contrariamente a Bertrand Russell, la scienza fu sempre più presentata come la negazione del senso comune. Una delle conseguenze fu che il limite tra scienza e pseudoscienza tendeva ad essere cancellato. Per la maggior parte delle persone fu sempre più difficile trovare qualche differenza tra scienza e fantascienza, se non che la fantascienza era più divertente.



Ma torniamo alla teoria della relatività e il suo impatto diretto sugli scienziati. La appresentazione quadridimensionale della teoria della relatività ristretta fu piuttosto innocua.
Questa teoria è utilizzata ogni giorno nei laboratori per calcolare il comportamento delle particelle ad alta energia, ecc. Siccome i fisici sperimentali hanno una forte consapevolezza del fatto che i loro laboratori sono tridimensionali, saldamente collocati in un mondo tridimensionale, la formulazione quadridimensionale è presa per quello che è: una piccola graziosa decorazione paragonabile ad una vignetta umoristica o al calendario di una pin-up sul muro.



  1. La relatività generale e l’universo







    1. Revival della filosofia pitagorica







D'altra parte, nella teoria generale della relatività la formulazione quadridimensionale




è più importante. La teoria è anche più pericolosa, perché è caduta nelle mani di matematici e cosmologi, che hanno avuto pochissimi contatti con la realtà empirica.




Inoltre, l'hanno applicata a regioni molto distanti, e il misurare dimensioni remote non è così facile. Molti di questi scienziati non avevano mai visitato un laboratorio o guardato attraverso un telescopio, e anche se l'hanno fatto, non era degno di loro sporcarsi le mani. Hanno accettato il consiglio di Platone di "concentrarsi sul lato teorico del loro oggetto e non avere infinite seccature con le misurazioni della fisica". Guardavano dall'alto in basso i fisici osservatori e sperimentali il cui unico compito era quello di confermare le loro conclusioni intellettuali. Coloro che non erano in grado di confermarle erano ritenuti degli incompetenti. Gli astronomi osservativi subivano le forti pressioni di prestigiosi teorici.




La teoria della relatività generale ha aperto una possibilità estremamente affascinante. Simile alla superficie terrestre, che è senza confini ma è pur sempre finita, si può in uno spazio quadrimensionale avere un' ipersfera senza limiti e tuttavia con un volume finito.




Valeva certamente la pena d'indagare quest'idea.




La relatività generale ha aperto la strada ad una rinascita del pensiero pitagorico. Ancora una volta si credeva possibile esplorare l'universo con la pura matematica. Tutti gli argomenti contro di ciò, che avevano determinato il crollo della cosmologia tolemaica, furono spazzati via. Il cartello all'ingresso dell' Accademia di Platone, "Chi non ha imparato la geometria (euclidea) non entri qui", fu modernizzato nel "Chi non ha imparato la geometria di Minskowskian non entri qui". La discussione cosmologica fu monopolizzata dai sostenitori del Big Bang che avevano studiato la relatività generale per anni. A nessun altro fu permesso di avere qualche opinione sulla cosmologia. I libri di testo sulla 'cosmologia moderna' iniziano con la relatività generale e spesso non fanno nemmeno menzione dell'esistenza di opinioni eretiche.




Ancor più grave è il fatto che sono menzionate solo quelle osservazioni che con uno sforzo d'immaginazione potrebbero essere interpretate a sostegno del Big Bang. Il crescente numero di osservazioni che dimostrano che l'ipotesi del Big Bang è sbagliata vengono nascoste sotto il tappeto. Anche l'idea pitagorica della corrispondenza tra microcosmo e macrocosmo ha attirato un nuovo interesse.






    1. La cosmologia di Eddington




Uno dei tentativi più interessanti di applicare la relatività generale alla cosmologia si dovette a Eddington. Con la relatività generale a fare da sfondo, derivò le relazioni matematiche tra la costante di struttura fine, il rapporto tra l'attrazione gravitazionale e l'attrazione elettrica, l'età dell'universo espressa in unità di tempo atomico, e il numero di particelle nell'universo. Quest'ultimo è risultato essere 2.36216 mila ... x 1079. Non era necessario prendersi la briga di andare a contarli tutti. Sapeva che alla sua scrivania aveva contato ognuno! In effetti, ha seguito il consiglio di Platone di "concentrarsi sull'aspetto teorico del soggetto" e "non darsi infinite pene ad eseguire misurazioni fisiche trascurando i problemi teorici".




La cosmologia di Eddington è stata senza dubbio un capolavoro intellettuale dello scienziato che Chandrasekhar definisce "l'astronomo più illustre del suo tempo". In un certo senso è un peccato che non abbia retto il confronto con realtà. Eddington aveva buone ragioni per dire - come il re Alfonso - "se fossi stato presente alla creazione, avrei dato dei profondi consigli ".






    1. L’ipotesi del Big Bang




Ma il tronco principale della relatività generale presenta diversi altri rami. Se la cosmologia di Eddington è la più ingegnosa, la più popolare è la cosmologia del Big Bang. Essa si basa sulla soluzione di Friedman delle equazioni di Einstein. Questa soluzione ha un punto singolare. Per un matematico un punto singolare non è niente di straordinario, ma per un fisico avrebbe presto significato che qualcosa era andato storto, un avvertimento che la teoria non poteva essere applicata ad un problema reale. Tuttavia, senza alcuna seria discussione, questa antica tradizione del campo della fisica fu improvvisamente trascurata. Invece, fu generalmente accettato che il punto singolare rappresentava la realtà, e significava che in un certo momento l'intero universo consisteva in un solo singolo punto. Da questa singolarità l'universo iniziò ad espandersi, in modo che tutte le sue parti si allontanavano le une dalle altre a velocità proporzionali alla distanza tra loro.




Questi tipi di soluzioni matematiche sembravano essere applicabile "all'universo in espansione" descritto dalla famosa legge empirica di Hubble. Non era aperta la via ad una nuova grandiosa cosmologia.




Uno dei suoi ideatori è stato l'Abbé Lemaitre, che definì l'universo quando era un punto singolo " l'Atome Primitive "i. Suo grande propagandista fu Gamow.




Né Lemaitre né Gamow sono giunti all'estremo di postulare che l'intero universo sia mai stato un punto matematico. Lo 'stato iniziale' fu supposto essere una concentrazione di "tutta la massa dell'universo" in una sfera molto piccola. Questa massa viene riscaldata ad una temperatura di alcuni miliardi di gradi. Quando questa 'bomba atomica esplode', le sue parti sono lanciate a velocità relative che sono talvolta vicino alla velocità della luce. (Poiché non esiste un gradiente di pressione, l'analogia con una bomba che esplode è fuorviante.) Questo modello, che, almeno da certi punti di vista era affascinante, si riteneva spiegasse l'evoluzione principale e l'attuale struttura dell'universo. Si sostenne che da esso derivino una serie di conseguenze: in meno di mezz'ora dall'esplosione gli elementi che troviamo oggi furono formati dalle reazioni nucleari nella materia molto calda e molto densa. In un primo tempo si produsse una radiazione termica che, nell'ulteriore espansione, si è raffreddata e dovrebbe osservarsi ora come una radiazione del corpo nero con una temperatura di 50 K. In una fase successiva la materia in espansione condensò per formare le galassie che osserviamo oggi. La densità media nell'universo deve essere di almeno 10-29g cm-3 per racchiuderla.






    1. Il Big Bang e le osservazioni




Non c'è una sola di queste prime concordanze con le osservazioni che non si sia rivelata sbagliata. Infatti, gli attuali sostenitori del Big Bang rivendicano solo due sostegni osservativi alla loro ipotesi.




Uno è " la radiazione del corpo nero di 3K " che ovviamente ha un'altissima isotropia.




Rispetto alle prime previsioni di una radiazione isotropa di 50K, ciò rappresenta una




discrepanza nell'energia di 104 (perché l'energia è proporzionale a T4), ma con le modifiche "generalmente accettate" dello scenario l'affermazione che sostiene l'ipotesi deve essere presa sul serio.




L'altro sostegno è che l'abbondanza osservata di alcuni elementi leggeri è troppo grande per spiegarsi con la nucleosintesi nelle stelle, che è accettata per spiegare l'abbondanza degli altri 90 elementi, (i fautori del Big Bang sostenevano inizialmente che si potesse spiegare la produzione di tutti gli elementi, ma ora ammettono che ciò è insostenibile). Poiché sia i valori dell'osservazione delle abbondanze cosmiche che la teoria della nucleosintesi nelle stelle possono benissimo essere incerte per un fattore considerevolmente più grande, non è proprio un sostegno molto forte.




D'altra parte, c'è un crescente numero di fatti dell'osservazione che sono difficili da conciliare con l'ipotesi del Big Bang. L'istituzione del Big Bang li menziona molto raramente, e quando i non-credenti cerca di farli notare, la potente istituzione rifiuta di discuterne lealmente. Una raccolta di obiezioni è stata recentemente pubblicata da Oldershaw (1983). Altri argomenti critici sono stati riassunti da Alfvén (1981).




La situazione attuale è caratterizzata dai tentativi piuttosto disperati di conciliare le osservazioni con l'ipotesi per “salvare i fenomeni”. Non si può evitare di pensare alla situazione dell'epoca tolemaica. Viene costruito un crescente numero d'ipotesi ad hoc, che in un certo senso corrisponde all'introduzione tolemaica di sempre più epicicli ed eccentrici. Senza preoccuparsi molto del rigore logico, la concordanza tra queste ipotesi ad hoc e l'ipotesi del Big Bang è spesso rivendicata a sostegno della teoria.




In realtà, con la possibile eccezione della condizione della radiazione di fondo, non c'è una sola previsione che è sia stata confermata. L'era del Big Bang ha visto la scoperta dei quasar che hanno un fantastico rilascio di energia. Non previsti e spiegabili solo attraverso un meccanismo precario. L'astronomia a raggi X e l'astronomia a raggi gamma hanno aperto una nuova era con la scoperta di enormi esplosioni di energia incredibilmente rapide (dalla costante di tempo di una frazione di secondo!). Ancora una volta impreviste e difficili da conciliare anche post facto con la cosmologia del Big Bang. Il Big Bang è veramente una cosmologia dello stesso carattere di quella tolemaica: assolutamente sterile. Avrà la stessa speranza di vita?







La radiazione cosmica di fondo







È sempre più evidente che vi è un solo fenomeno che i sostenitori del Big Bang sostengono seriamente per dimostrare la propria cosmologia; la radiazione a 3K. Schramm & Wagoner (1977) scrivono "la ragione principale per credere che il nostro universo emerse da un Big Bang resta la radiazione di fondo a 3K" e Weiss esclama entusiasticamente che la radiazione di fondo "soddisfa quasi oltre le aspettative la semplice ipotesi che si tratti di un residuo di un'esplosione primordiale".




Tuttavia, se guardiamo alla radiazione di fondo, senza idee preconcette, quanto è convincente ? Misuriamo una radiazione estremamente fredda in un “universo”, che è




1010 anni luce o 1026 m, e concludiamo che questa deve derivare da uno stato che era miliardi di gradi caldo. In effetti, l'espansione da, diciamo, un universo di dimensioni millimetriche all'attuale della dimensione di 1010 anni luce è di un fattore 1029. C'è qualche altro campo della scienza dove una tale estrapolazione in un sol colpo venga accettata senza prove molto solide? Sembra che non ci si sia mai chiesti seriamente se in degli stati intermedi non potessero esserci altri meccanismi dell'isotropizzazione della radiazione di fondo. Come abbiamo visto sopra, l'universo del Big Bang contiene tanti fenomeni che questa cosmologia non può spiegare, quindi non sorprenderebbe se avessimo scoperto un tale meccanismo.




Infatti un tale meccanismo potrebbe già essere stato scoperto. Secondo Wright (1981), è ragionevole che "chicchi conduttori aghiformi possano fornire capacità sufficiente a produrre lo spettro osservato ".




Si obietterà probabilmente che nessuno ha osservato l'esistenza di tali chicchi. Tuttavia, molto tempo fa Spitzer aveva già dimostrato che l'esistenza di tali chicchi era necessaria per spiegare la polarizzazione interstellare della luce. Se la scelta è tra il postulare l'esistenza di tali chicchi o accettare la cosmologia del Big Bang - che secondo i suoi sostenitori non ha altro supporto certo - gli aghi sarebbero preferibili per tutti coloro che non sono dei credenti fanatici.









  1. Creazione ex nihilo







Una conclusione molto importante della cosmologia del Big Bang, che raramente è tratta esplicitamente, è che la condizione al punto singolare presuppone necessariamente una creazione divina.




Per l'Abbé Lemaître ciò fu molto allettante, perché diede una giustificazione alla creazione ex nihilo, che san Tommaso aveva contribuito a stabilire come credo. Per molti altri scienziati ha generato più di un imbarazzo, perché Dio è menzionato molto raramente nella letteratura scientifica ordinaria. Sembra che siano piuttosto pochi gli scienziati (ma tra loro Whittaker e Milne) che, come Jastrow (1978) nel suo libro Dio e gli astronomi, tragga esplicitamente quella che sembra essere la conclusione logica della cosmologia del Big Bang, cioè, che l'universo è stato creato ex nihilo da Dio. "Quando lo scienziato ha scalato le montagne dell'ignoranza, sta per conquistare la vetta più alta; appena si solleva sulla la roccia finale, gli si presenta un gruppo di teologi che erano seduti lì da secoli." Tuttavia, la maggioranza dei sostenitori del Big Bang preferiscono nascondere la creazione sotto il tappeto. In realtà, combattono contro il creazionismo popolare, ma allo stesso tempo lottano fanaticamente per il proprio creazionismo. Peratt (1983) suggerisce che il creazionismo extra muros si ispiri al creazionismo intra muros del Big Bang.









  1. Cosmologia gerarchica







Ci sono alternative al Big Bang? In effetti ci sono, anche se i sostenitori del Big Bang le citano molto raramente. Come ai bei vecchi tempi, anche solo menzionare l'esistenza di un'eresia è un crimine. Una delle alternative più interessanti è la cosmologia gerarchica, che prevede un universo infinito con una organizzazione gerarchica. Essa si basa su un approccio che ha suscitato notevole interesse agli inizi di questo secolo, molto prima del Big Bang, anzi anche prima della teoria generale della relatività. Ispirato da Fournier-d'Albe, Charlier ha dimostrato che, al fine di evitare le obiezioni di Olbers e Seeliger ad un universo infinito euclideo, è necessario che l'universo sia 'grumoso', con una distribuzione gerarchica della materia. Ciò significa che le stelle dovrebbero essere organizzate in galassie G1, un gran numero di queste galassie formano una "galassia più grande di tipo G2" - oggi preferiremmo parlare di un "ammasso" - un grande numero di queste una struttura ancora più grande G3 , e così via all'infinito. Charlier ha dimostrato che la densità media di una struttura di dimensioni R deve obbedire a "sigma R alla meno a"(i)




con a > 2. Ciò conduce ad un universo infinito con massa infinita, ma con densità media zero. Il che soddisfa l'obiezione di Olbers e Seeliger.




La scuola di Charlier ha riflettuto sul fatto se la nostra metagalassia (un sinonimo di ciò che il formalismo del Big Bang considera come l'intero 'universo') possa avere delle sorelle che insieme formano una struttura ancora più grande (una 'teragalassia'), continuando così con un altro passo in avanti nella gerarchia. (Ciò è, naturalmente, contro il punto di vista del Big Bang).




Con l'arrivo della cosmologia del Big-Bang, il modello di Charlier fu considerato soIo d'interesse storico. Tuttavia, in un documento classico, de Vaucouleurs (1970) riprese quel modello dimostrando che entro ampi limiti, la massima distribuzione di densità osservata soddisfa l'Equazione (1), ma con a = 1.7.




Nella sua interpretazione teorica delle osservazioni, de Vaucouleurs (1970) deve tener conto dell'espansione di Hubble, il che significa che il suo modello gerarchico non è identico a quello di Charlier. Peebles e collaboratori (cfr Peebles 1980) hanno trattato i dati dell'osservazione con metodi statistici avanzati, e hanno sostanzialmente confermato il modello gerarchico di de Vaucouleurs. (Vedi articolo di studio di Groth et al. 1977. Tuttavia, hanno trovano un valore che è leggermente superiore: a = 1.77).




    1. Un compromesso alla Tycho-Brahe







    La struttura gerarchica non necessariamente entra in conflitto con il Big Bang. Un certo numero di scienziati (tra cui anche de Vaucouleurs e Peebles) preferiscono un compromesso alla Tycho-Brahe: Le osservazioni dimostrano certamente che l'universo non ha affatto l'omogeneità che dovrebbe avere secondo il Big Bang, ma le disomogeneità possono essere spiegate da effetti secondari, ad esempio, delle instabilità. In questo modo, si evita un conflitto aperto con il sacrosanto Big Bang. Tuttavia, anche se dal Big Bang potrebbe essere derivata una struttura gerarchica, questo non dimostra che il Big Bang può essere derivato dalla struttura gerarchica osservata! Inoltre, il vero vantaggio della struttura gerarchica è che ci salva dalla singolarità e dal creazionismo. Quindi, questo compromesso sembra essere altrettanto superficiale di quello di Tycho Brahe.




    Né Charlier né nessun altro ha dato alcuna spiegazione del perché la materia ha questa struttura ed è distribuita in questo modo. Solo implicitamente sostengono che ci deve essere qualche legge della fisica che produce una struttura gerarchica.




    In ogni caso, sembra legittimo cercare alternative al Big Bang. Tuttavia, esula dallo scopo di questo articolo discuterne (vedi Alfvén 1981 capitolo VI; Alfvén 1982a).







  1. L’introduzione del veicolo spaziale







    1. Importanza delle forze elettromagnetiche







Indipendentemente dall'introduzione della teoria generale della relatività nella discussione cosmologica, c'è stato un altro drastico cambiamento nel nostro approccio alla fisica cosmica, cioè la consapevolezza dell'importanza degli effetti elettrodinamici sul moto dei mezzi dispersi. Poiché il rapporto tra la forza d'attrazione di Coulomb e l'attrazione newtoniana tra le particelle elementari è 1039, gli effetti elettromagnetici sono determinanti per le dinamiche in tutti i casi in cui il numero di cariche positive non è quasi esattamente compensato dallo stesso numero di cariche negative. Questo è il caso di tutti gli enormi corpi celesti in giù fino ai granuli delle dimensioni dell'ordine dei micron, ma molto raramente per gli elementi diffusi nello spazio interplanetario, interstellare e intergalattico. Infatti, i fenomeni idromagnetici e il plasma dominano la maggior parte di quelle regioni che (in volume) rappresentano oltre 99.999 ... % dell'universo.




In seguito, vedremo che per la cosmologia sono importanti non soIo Newton e Einstein, ma anche Maxwell.









    1. Ricerca spaziale e paradigma di transizione nella fisica cosmica







Il progresso scientifico dipende dallo sviluppo di nuovi strumenti. Il passaggio dalla cosmologia tolemaica a quella copernicana fu in larga misura dovuto all'introduzione dei telescopi. Allo stesso modo, la ricerca spaziale ha cambiato così drasticamente le nostre possibilità di esplorare il nostro ambiente in grande scala che sta avendo luogo una revisione approfondita della fisica cosmica.




Prima di tutto, le osservazioni spaziali hanno reso disponibile all’osservazione quasi tutto lo spettro elettromagnetico. In precedenza, ci forniva informazioni meno di un terzo delle ottave (visiva ed una regione delle radiofrequenze).




Le nuove regioni comprendono l'astronomia a raggi X e a raggi gamma, e la maggior parte dei nuovi fenomeni scoperti in queste regioni sono ovviamente dovuti agli effetti de plasma. Ciò significa che è divenuta sempre più evidente l'importanza decisiva della fisica idromagnetica e del plasma.




Inoltre, negli anni ‘70 le misurazioni in situ delle magnetosfere, compresa la regione del vento solare ('magnetosfera solare') hanno drasticamente mutato la nostra comprensione delle proprietà dei mezzi cosmici. In più, abbiamo imparato a generalizzare i risultati delle indagini sul plasma da una regione ad altre regioni. Ciò significa che le ricerche in laboratorio su plasmi delle dimensioni, diciamo, di 10 cm possono essere utilizzate per ottenere una migliore comprensione dei plasmi cosmici di dimensioni magnetosferiche; diciamo, 1010 centimetri. Con un altro passaggio di 109 possiamo trasferire i risultati di laboratorio e magnetosferici ai plasmi galattici di, per così dire, 1019 centimetri. Un terzo salto di 109 ci porta fino alla distanza di Hubble di 1028 cm e quindi ai problemi cosmologici.




Tutto questo ha portato o sta portando ad una revisione del nostro concetto di plasma cosmico, che per molti aspetti è così drastico che è appropriato parlare di un mutamento di paradigma.




Poiché il nostro ambiente cosmico è costituito da plasma per più del 99.999 ... percento (in volume), ciò significa una revisione di gran parte della fisica cosmica.




È stato fornito un elenco di quattordici campi dell'astrofisica, che devono essere rivisti (Alfvén 1981 1982b, 1983). Quelli di maggior interesse in questo caso sono:




(a) I doppi strati elettrici, che non attiravano molto interesse fino a cinque o dieci anni fa. Essi sono ormai noti per il fatto di accelerare le particelle cariche fino a energie di chilovolt nella magnetosfera terrestre. I doppi strati elettrici possono esistere anche altrove e accelerare le particelle a energie ancora più elevate. Carlqvist (1982) ha trattato i doppi strati relativistici, che possono accelerare le particelle alle energie dei raggi cosmici. La svolta nell'accettazione dei doppi strati elettrici si ebbe con il Risø Symposium (Michelsen & Rasmussen 1982). In termini cosmologici, il rapido rilascio di energia immagazzinata magneticamente in doppi strati esplosivi è di notevole interesse.




(b) I plasmi cosmici spesso non sono omogenei, ma presentano strutture filamentose, che in regioni accessibili sono note per essere associate a correnti parallele al campo magnetico. È probabile che anche tali strutture filamentose nelle nubi interstellari e anche più lontano siano prodotte da correnti filamentose.




(c) Nelle magnetosfere vi sono sottili strati di corrente piuttosto stabili che separano




regioni di diversa magnetizzazione, densità, temperatura, ecc.




(d) È difficile evitare la conclusione che fenomeni simili esistano anche in regioni più lontane, questo è destinato a lasciar spazio ad una struttura cellulare generaIe (o più correttamente, ad una struttura cellula-muro).




(e) Gli argomenti per la non esistenza dell'antimateria nel cosmo non sono validi (Rogers & Thompson 1980). Ci sono argomenti fondati per l'esistenza dell’antimateria, il che significa che l'annichilazione dovrebbe essere considerata un'importante fonte di energia. Infatti, l'annichilazione sembra essere l'unica fonte di energia ragionevole per quegli oggetti celesti che emettono quantità molto grandi di energia (ad esempio, i quasar).




(f) Le emissioni radio, dei raggi X e dei raggi gamma e l'accelerazione dei raggi cosmici sono in gran parte dovute ai processi del plasma. Le teorie, per esempio, delle doppie sorgenti radio, della formazione di stelle e dei sistemi planetari dalle nubi interstellari, il rilascio di energia nei quasar e l'accelerazione della radiazione cosmica fino a 1019 devono basarsi sulla fisica del plasma. Da qui la transizione di paradigma implica una revisione di parti considerevoli della radio astronomia, dell'astronomia a raggi X e a raggi gamma, della teoria dei raggi cosmici, e anche della cosmologia. Queste scienze devono alla fine basarsi sulle proprietà osservate dei plasmi di laboratorio e della magnetosfera.




Quindi, in conclusione, non vi è rimasto molto del sostegno osservativo a favore del Big Bang. Infatti, l'età dello spazio fornisce un quadro dello spazio sostanzialmente tridimensionale e altamente disomogeneo, a causa della predominanza dell'idrodinamica e della fisica del plasma. Al contrario, lo scenario del Big Bang è quello di uno spazio quadridimensionale e fondamentalmente omogeneo.









    1. Meccanica terrena e celeste







Attualmente, si conviene almeno in linea di principio che fino ad una distanza di qualche percentuale della distanza Hubble, si dovrebbero normalmente utilizzare la meccanica newtoniana e uno spazio euclideo. Naturalmente, la relatività speciale deve essere applicata per tutti i movimenti e velocità paragonabili alla velocità della luce. Inoltre, la fisica idromagnetica e del plasma è spesso di importanza decisiva. Anche se si riconosce che in linea di principio è valida la relatività generale, la differenza tra questa e la meccanica newtoniana è trascurabile, tranne in alcuni casi particolari. In realtà, per il calcolo delle orbite planetarie, e anche delle orbite dei veicoli spaziali, viene utilizzata la meccanica newtoniana, perché la correzione della relatività è solo dell'ordine di 10 - 8 . Allo stesso modo, per le dinamiche di grande scala, ci aspettiamo che la correzione della relatività per le galassie sia, diciamo, di 10 - 6 e per gli ammassi e superammassi galattici, forse di 10 - 5. Le eccezioni sono casi speciali come le stelle di neutroni e i buchi neri (se ne esistono!). Se, usando la formula empirica di de Vaucouleurs, estrapoliamo un ordine gerarchico di tutta la metagalassia (alla distanza Hubble), otteniamo una correzione della relatività di circa 10-4. Anche questa è trascurabile considerando la precisione che è attualmente utile nel trattamento di fenomeni su grande scala in regioni così lontane.




Va da sé che in tutte queste regioni, gli effetti idromagnetici e del plasma sono, in generaIe, molto più importanti.




L'esplorazione di regioni sempre più distanti ha dimostrato che la forte disomogeneità caratteristica di una struttura gerarchica è valida ad almeno una di stanza di qualche percentuale della distanza Hubble. In effetti, sono state scoperte regioni vuote molto ampie delle dimensioni di 1020 - 1025 m e anche enormi regioni di diverse strutture a simili distanze. Se usiamo il rapporto Charlier-de Vaucouleurs tra densità e dimensioni medie delle strutture gerarchiche si ottiene una densità media, che è di quattro ordini di grandezza inferiore a quella necessaria alla chiusura. Quindi, chi vuole chiudere “l'universo” alla distanza di Hubble deve assumere un drastico cambiamento della densità media che abbia luogo entro l'ultimo ordine di grandezza oltre questo limite.1




Quindi, vi è un limite ragionevolmente ben definito fra uno spazio fortemente disomogeneo ed essenzialmente euclideo che si deduce dai risultati della ricerca spaziale e lo spazio quadridimensionale omogeneo postulato dai sostenitori del Big Bang. Questo limite è dato dalle osservazioni affidabili a cui si è attualmente giunti. Il limite si sta assottigliando con i progressi della tecnica di osservazione. Ma, naturalmente, non possiamo essere assolutamente sicuri che si assottiglierà ulteriormente.




Questo limite può essere confrontato con il limite nella cosmologia aristotelica tra le leggi terrestri, valide al di sotto dell'orbita lunare, e le leggi celesti, valide al di sopra. Ad esempio, secondo la meccanica terrestre i corpi pesanti cadono verso il basso, ma la Luna, i pianeti, il Sole e le stelle non cadono perché obbediscono alle leggi celesti. Allo stesso modo, a diverse percentuali della distanza di Hubble, siamo sicuri che siano valide le leggi 'terrene' del laboratorio e del "near space"i. Ma i fautori del Big Bang sostengono che al di fuori del limite siano valide le loro leggi 'celesti'.




Tenendo conto dell'incertezza che è inerente a tutte le cosmologie, sembra che l'attuale situazione cosmologica sia simile a quella dei tempi di San Tommaso: "La ragione può essere soddisfatta solo a partire dal presupposto che il mondo non ha inizio. La dottrina dell'inizio o della non-eternità del mondo deve essere accolta sola fide come un atto di pura fede in ossequio all’autorità ".






  1. Il pendolo cosmologico




Tre o quattro millenni di speculazione cosmologica ha portato essenzialmente tre diversi tipi di approccio alla cosmologia:




  1. L'approccio scientifico. Siccome la scienza è fondamentalmente empirica, ciò significa che la cosmologia dovrebbe basarsi come sfondo su osservazioni con risultati sperimentali (di laboratorio o al giorno d'oggi anche da esperimenti spaziali). La teoria newtoniana era in gran parte basata sulla precisa osservazione del movimento planetario. Si è rivelata applicabile, almeno con una prima buona approssimazione - ai movimenti delle galassie e degli ammassi di galassie. Oggi, soprattutto dopo le misurazioni magnetosferiche in situ e la nascita dell'astronomia a raggi X e a raggi gamma, deve fondersi con la teoria maxwelliana, che porta alla fisica idro-magnetica e del plasma come base per lo studio del nostro ambiente cosmico. La teoria di Maxwell è un riassunto dei risultati delle indagini elettromagnetiche, e come la teoria di Newton si rivelò applicabile ad una serie di problemi in altri campi.










2. L'atteggiamento agnostico. Questo è l'approccio rigvedico e buddista: Come possiamo conoscere o perché dovremmo preoccuparci di problemi così lontani?




3. L'approccio mitologico. Se venerabili profeti ci hanno detto che per divina ispirazione sanno che l'universo è stato creato, e come è stato creato, come possiamo dubitare di ciò che ci dicono? Questo approccio è strettamente legato ai miti matematici: è possibile esplorare la struttura e la storia evolutiva dell'universo attraverso il puro pensiero teorico, senza molto contatto con le osservazioni. Esempi tipici sono la cosmologia pitagorico-platonico-tolemaica, o, ai giorni nostri, la cosmologia di Eddington, ma anche il Big Bang. C’è stata, e forse ci sarà sempre un’oscillazione tra approccio mitologico e scientifico. Ciò è qui riassunto nel diagramma chiamato Pendolo cosmologico che è la sintesi di quanto è stato detto in questo documento.




È interessante chiedersi se il pendolo potrebbe fermarsi in una posizione intermedia. Eddington stesso ha dato la risposta: "In un certo senso, la teoria deduttiva è nemica della fisica sperimentale”. Fin dalla nascita della scienza, non c'è mai stato un momento in cui potesse esserci un compromesso tra mito e scienza empirica. In un futuro ancora più lontano, potrebbe di nuovo esserci un'oscillazione all’indietro verso cosmologie create? Forse. Tuttavia, non ci si può aspettare che un tale modello futuro assomigli al Big Bang più di quanto il Big Bang assomigli alle sfere di cristallo. Le sue dimensioni e i tempi saranno molto più grandi. In effetti, l'età del Big Bang è solo di pochi Kalpa, e l'aspettativa di vita di Brahma è diecimila volte quella. Forse questo futuro modello sarà di una scala che solo i cosmologi vedici osarono immaginare.




Filosofando sulle oscillazioni del pendolo cosmologico possiamo ricordare le




parole del Buddha:




"E 'sbagliato dire che il mondo è infinito ed eterno."




Sì, almeno in alcuni periodi lo è stato.




"E 'sbagliato dire che il mondo è finito e creato."




Sì, almeno in alcuni periodi lo è stato.




In questo senso il Buddha sarebbe corretto. Ma, naturalmente, quello che voleva dire era qualcosa d’altro, molto più profondo e più sofisticato.






Hannes Alfvén,Royal Institute of Technoloqy, Stockholm, and University of California,




San Diego




J. Astrophys. Astr. (1984) 5, 79-98









Ringraziamenti




Desidero ringraziare il Dott. W.B. Thompson per le utili discussioni, e Jane Mead Chamberlin per la revisione del manoscritto. I primi paragrafi di questo documento si basano essenzialmente su Hastings (1961 a,b) Basham (1959) e Dicks (1970).







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Wright. E. I. 1981, Astrophys. J., 255, 401.




 i. L’atomo primitivo


ii.


Il “Near space”(In inglese, “spazio vicinale”, “spazio prossimo”), o alta atmosfera, è la regione dell’atmosfera terrestre tra i 20 e i 100 kilometri d’altitudine. Comprende stratosfera, mesosfera e la parte inferiore della termosfera. Va grosso modo dal “limite di Amstrong”, aldilà del quale l’essere umano non può sopravvivere senza una tuta pressurizzata, a la “linea di Kármán” dove la meccanica spaziale prende il posto dell’aerodinamica.




Hannes Alfvén
(a cura del PCL Sassari)

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