L'universo e... mia nonna

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Categoria: Rivista Zero-g
Pubblicato Venerdì, 06 Luglio 2012 12:01
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Questo racconto ha permesso all’autrice di essere selezionata per partecipare alle gare internazionali delle Olimpiadi di astronomia che si terranno alla fine del mese di Febbraio a Napoli.

È una simpatica signora di settantotto anni che per oltre quarant’anni ha fatto la maestra nelle scuole elementari. Oggi, da pensionata, è diventata ministro del culto essendo da sempre cattolica praticante. È mia nonna: con lei ho discusso sulle origini del nostro universo, toccando argomenti che spesso urtano la sua sensibilità di fervente cattolica che adotta il punto di vista biblico, affidando a Dio la creazione di tutto. Gli scienziati non sono concordi nell’escludere l’esistenza di Dio - Lemaitre, il primo ad aver formulato la teoria dell’espansione dell’universo, era un sacerdote – ed è, dunque, possibile coniugare l’osservazione scientifica con la fede religiosa; anzi, proprio il confronto con l’istanza religiosa  rende più ricche e significative le osservazioni scientifiche a sostegno dell’ipotesi del Big Bang.  Mia nonna crede che l’universo sia stato creato da Dio e che da lui dipenda la comparsa dell’uomo sulla terra. Stasera, farò con lei un esperimento, per verificare la compatibilità della fede con la scienza, ma soprattutto, le principali osservazioni scientifiche su cui è fondata l’ipotesi del Big Bang.

Osserveremo insieme il cielo notturno … “ Guarda nonna, l’aria è così tersa che ci consente di ammirare l’intera volta celeste. Tutti i punti luminosi che vedi sono stelle, ammassi di stelle, nebulose e galassie; in base alla loro dimensione e alla luce che emanano possiamo distinguerle e stabilire a quale distanza dalla terra si trovano. Nella costellazione del Cane Maggiore, che in questo momento è di fronte a noi, puoi notare  un punto più luminoso degli altri: è Sirio, la stella più luminosa tra quelle visibili dalla Terra ad occhio nudo. Sirio è una stella bianca e dista da noi più di 8,6 anni luce.” “Stelle bianche, anni luce… so solo che questa meraviglia è stata creata da Dio.” “La stella bianca, nonna, è una stella giovane particolarmente luminosa nel cui nucleo avviene il processo di fusione nucleare. Anni luce, invece, è un’unità di misura convenzionale: un anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno. Serve a misurare le distanze a livello cosmico.

Sistema stellare composto di Alpha Centauri A

a sinistra e  B a destra

Se Sirio dista, quindi, più di 8,6 anni luce dalla Terra, vuol dire che ai nostri occhi sta giungendo ora la luce emessa dalla stella quasi 9 anni fa. Sirio si trova a una distanza relativamente breve, rispetto ad altre stelle che distano da noi milioni di anni luce: in questo caso, invece, vediamo l’immagine di un corpo celeste che risale a milioni di anni fa e che magari non esiste più. Queste stelle così distanti assumono una colorazione tendente al rosso, determinata dall’effetto Doppler …”. “Doppler? Ma non è un esame del sangue?”,“Si nonna. E’ una tecnica utilizzata per misurare la velocità del sangue fondata sullo stesso principio in base al quale sappiamo che esiste una relazione costante fra la velocità di spostamento di un corpo celeste e la colorazione della luce che emette. I corpi che tendono al rosso sono quelli che si stanno allontanando”. “Da cosa si allontanano e dove vanno?”. “Siamo al cuore del problema”. L’effetto Doppler prova direttamente che i corpi la cui colorazione tende al rosso si stanno allontanando senza avere una destinazione unica né un unico centro di provenienza, che di conseguenza, l’intero universo è in continua espansione.

Questa scoperta, è stata fondamentale per gli scienziati che, in tal modo, hanno potuto formulare l’ipotesi del Big Bang. In altre parole, l’espansione dell’universo in tutte le direzioni dimostra che all’origine deve esserci stato un grande scoppio, una spaventosa deflagrazione. Procedendo a ritroso nel tempo, gli scienziati hanno potuto calcolare che, circa 13 miliardi e 700 milioni di anni fa, tutta l’energia esistente era concentrata in un unico punto dalle dimensioni infinitesimali. Privo degli attributi propri della materia e, quindi, non riducibile ai concetti di spazio e tempo, l’universo era solo una minuscola e calda nebbia di energia”. “ Che astrusità!”, “Non è astruso nonna. Consideriamo solo che la protagonista del grande scoppio sia stata l’energia, non la materia. Solitamente nella vita quotidiana assistiamo alla trasformazione della materia in energia. In origine, al contrario, avvenne che l’energia si materializzò. Ciò fu possibile grazie ad un repentino cambiamento della temperatura: in un’infinitesimale frazione di secondo, la minuscola nebbia di energia si espanse ed esplose sprigionando infinite radiazioni. Divenne dapprima delle dimensioni di un atomo e poi delle dimensioni di un’arancia. Consideriamo solo che la protagonista del grande scoppio sia stata l’energia, non la materia. Solitamente nella vita quotidiana assistiamo alla trasformazione della materia in energia. In origine, al contrario, avvenne che l’energia si materializzò.

 

Ciò fu possibile grazie ad un repentino cambiamento della temperatura: in un’infinitesimale frazione di secondo, la minuscola nebbia di energia si espanse. Questo processo di espansione provocò grande dispersione di calore ed il raffreddamento che ne seguì permise la “solidificazione” dell’energia originaria. Infinite particelle subatomiche iniziarono a muoversi vorticosamente. Questo grande ammasso caotico era costituito per metà da materia e per l’altra metà da antimateria:negli innumerevoli scontri che seguirono queste particelle si distrussero a vicenda. Per una fortunata casualità, una particella di materia su un miliardo sopravvisse: questa quantità residua di materia diede origine al nostro universo.”,“Sembra una grande battaglia navale. L’universo però non è un gioco, cara mia.”, “Infatti nonna, l’origine dell’universo non è un gioco da ragazzi, è un gioco di forze. Decisiva, a questo punto,fu la forza di gravità che agì come una grande calamita. Sembra che Newton scoprì la forza di gravità grazie ad una mela che gli cadde in testa …”, “ … e che gli fece un bernoccolo!”, “Newton, però, in quell’occasione intuì che i corpi si attraggono reciprocamente e che grazie a questa forza rimaniamo “incollati” alla Terra.

Il ragionamento importante, tuttavia, è un altro:proprio come in una battaglia navale, le particelle di materia componenti l’universo primordiale come tante navi, erano sparse senza un ordine nel mare del cosmo: le particelle, o se vuoi le navi cominciarono ad attrarsi per effetto della forza di gravità, si aggregarono formando ammassi sempre più densi. L’idrogeno, elemento prevalente delle nubi di gas, addensandosi raggiunse temperature elevatissime. Pensa, nonna, fino a 6 milioni di °C, punto in cui si innesca il processo di fusione nucleare dell’idrogeno. Una grandissima bomba atomica.”, “Ma allora, la bomba atomica non è stata inventata dagli americani?”, “In questo caso, gli americani, proprio come i giapponesi, si sono limitati a copiare.  La natura ha saputo fare di meglio, seppure ai suoi primordi.

L’idrogeno, durante il processo di fusione nucleare, si trasformò in elio, un nuovo elemento, sprigionando un’enorme quantità di energia pura nello spazio. Altri elementi seguirono: carbonio, ferro ed ossigeno. In altre parole nacquero gli elementi fondamentali. Vedi nonna, l’energia che l’uomo ha utilizzato per distruggere è stata usata dalla natura per creare.”, “Io, però, continuo a credere che il creatore sia stato Dio.”, “Nel processo che stiamo descrivendo, nonna, Dio ancora non interviene. Semmai ne parleremo in seguito. Per adesso continuiamo a descrivere ciò che è realmente avvenuto secondo la scienza.

In seguito all’esplosione dovuta alla fusione nucleare, gli elementi iniziarono a diradarsi e nello spazio comparve la luce che illuminò i primi filamenti cosmici. Con l’avvento della luce nacquero le coordinate spazio-temporali  essenziali alla nostra descrizione dell’universo.In questa nuova dimensione, ancora una volta, intervenne la forza di gravità che spinse gli elementi ad addensarsi. Gli elementi si addensarono sempre sotto la spinta della forza di gravità in base alla densità e al peso: l’idrogeno si concentrò nel nucleo avviando il processo di fusione nucleare. Fu in questo modo che nacque la prima stella, di colore blu intenso e circa mille volte più grande del nostro Sole. Consecutivamente si accesero infiniti astri splendenti. L’energia pura rilasciata dalle stelle fu a sua volta coagulata in nuovi nuclei dalla forza di gravità: le polveri e i gas formarono le nebulose, le stelle e tutti gli ammassi solidi fra cui i pianeti originarono galassie dalle forme più svariate, fra cui la nostra Via Lattea a forma di spirale perfetta.

“Posso capire questa cosa che dici sulla nascita della materia dall’energia. Ma come dall’energia si siano generati lo spazio ed il tempo, proprio non riesco a spiegarmelo.”, “Prima del Big Bang, nonna, dominavano le tenebre ed il caos. Le nostre testimonianze, infatti, sono successive al grande scoppio. Se torniamo a riflettere sull’anno luce, comprendiamo come sia possibile vedere una luce, un’immagine  appartenente ad un tempo molto remoto nello spazio che ci circonda: è come se vivessimo all’epoca dei dinosauri, come se fossimo loro contemporanei. Questo accade perché sulla grande scala del cosmo e viaggiando a velocità pari a quella della luce, i parametri abituali della nostra dimensione, perdono validità, proprio perché relativi ad uno spazio limitato.

Su questo ragionamento, Albert Einstein fondò la Teoria della relatività, che recentemente stata messa più volte in discussione .Secondo la teoria “Brane World” portata avanti dagli scienziati Randall e Sundrum, il nostro universo necessita di una quarta dimensione spaziale e risulta essere immerso in un iperspazio a più di dimensioni.  Per semplificare questa teoria gli scienziati utilizzano un’originale similitudine: il nostro universo rispetto all’immenso universo su cui giace, è come una pellicola di olio che occupa una minima parte della superficie di un oceano. La teoria è molto apprezzata perché riuscirebbe ad unificare le quattro forze fondamentali della natura in un’unica grande forza e spiegherebbe la debolezza della forza di gravità rispetto alle altre.”, “E cosa sono le forze fondamentali della natura?”, “Mediante le forze fondamentali riusciamo ad esprimere le leggi che regolano ogni fenomeno fisico.

Rappresentazione pittorica del mondo secondo a la

teoria delle Brane

Sono la forza di gravità, di cui ti ho già parlato, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole. La forza elettromagnetica agisce fra particelle aventi una carica elettrica come gli elettroni ed il nucleo dell’atomo, contribuendo così  alla coesione di un corpo. La forza nucleare forte riesce a tenere uniti i protoni ed i neutroni che compongono l’atomo di una particella di materia, riuscendo a vincere le forze contrarie, come la forza elettromagnetica. Considera che questa forza così potente è alla base della bomba atomica proprio come fu alla base del nostro universo. La forza nucleare debole, invece, rispetto alla forte ha un raggio d’azione molto più breve; neutroni e protoni non sono saldamente connessi e questo permette la scissione del neutrone in protone, elettrone e neutrino.”, “ Neutrino? Vuoi dire neutrone …” , “Il neutrino, nonna, è una particella elementare che scaturisce appunto dalla scissione del neutrone. Fu Enrico Fermi ed utilizzare questo termine per la prima volta, in quanto assai più piccolo di massa rispetto al neutrone.

Riguardo al neutrino ho una notizia rivoluzionaria da comunicarti: secondo gli ultimi esperimenti condotti dal  CERN, il neutrino viaggia ad una velocità superiore a quella della luce pur essendo dotato di una massa. Einstein pensava che questo non fosse possibile e che, quindi, la velocità della luce rappresentasse il limite massimo. La teoria della relatività, pertanto, andrebbe integrata con queste nuove acquisizioni qualora si rivelassero esatte. Se esiste un corpo, dotato di massa, in grado di viaggiare ad una velocità superiore a quella della luce, dobbiamo ritenere che è anche in grado di riassumere in sé le coordinate di spazio e tempo, caratteristiche della prima particella che originò il Big Bang. Come dire che il Big Bang non si è mai esaurito.”, “Ma allora il Big Bang è Dio?”, “Nonna, l’energia sprigionata dal Big Bang prova come si è originato il nostro Universo. La teoria del Big Bang serve, cioè, a raccontare quello che è successo. Rimane da capire perché sia successo.

In più, dobbiamo considerare l’aspetto legato al disegno intelligente: il Big Bang è stato sicuramente manifestazione di energia ma, come abbiamo visto, l’origine dell’universo è stata caratterizzata dal disordine piuttosto che dall’ordine, dall’imperfezione. No, cara nonna, il Big Bang non è Dio. Dio, se esiste, è un essere intelligente e in quanto tale il suo disegno dell’Universo deve essere perfetto. Se così non è, perdiamo ancora una volta di vista il senso dell’Universo e siamo costretti ad accontentarci di una teoria che ci racconta come sia nato il nostro Universo ma non ci spiega il perché.”

 


A cura di
Anna Gaia Farnetano II B
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