L’espansione dell’Universo

Dalle sue osservazioni degli anni Venti, Edwin Hubble arriva alla conclusione che l’Universo è in espansione. La più importante ipotesi dalla cosmologia, la nuova  scienza che studia le origini del “Cielo”, è stata formulata. L’ipotesi che ci sta dietro è quella del “Big Bang”, una mega esplosione che avrebbe provocato il momento iniziale di generazione dell’universo e la conseguente fuga di galassie, sparpagliate in tante direzioni nello spazio. Hubble, nell’enunciare la sua legge, sostiene però che non siano le galassie, in senso stretto, ad espandersi, ma piuttosto è lo spazio stesso in cui sono immerse che si dilata perché non è vuoto.

A partire dalla legge di Edwin Hubble prendono così forma due modelli cosmologici: uno stazionario e uno evolutivo. Il primo propone un universo immutabile nel tempo e che non varia in termini di spazio. In pratica, lo spazio si accresce costantemente di nuova materia ogni qualvolta l’energia si espande, ma siccome la densità della materia al contempo diminuisce di densità, lo spazio di fatto resta invariato.

La seconda ipotesi, invece, quella evolutiva, sostiene che al momento del Big Bang la densità e la temperatura dovevano essere altissime.

Per molto tempo entrambe le teorie vengono accettate, perché soddisfano la legge della relatività, secondo la quale materia ed energia sono equivalenti (E=mc²),

Negli anni che seguono, molti “archeologi del cielo” cercano nell’universo tracce che testimonino questa immane esplosione. Fra questi, nel 1948, lo scienziato George Gamow, un’evoluzionista, riesce a stimare l’età dell’universo, 15 miliardi di anni, e anche lui ipotizza che al momento del Big Bang lo spazio doveva essere pieno di radiazioni ad altissima frequenza (raggi gamma e x), cioè miliardi di gradi. Secondo Gamow, questa massa di radiazioni ad altissima temperatura, espandendosi, andò via via raffreddandosi fino a scendere a temperature di pochissimi gradi e un irraggiamento massimo di microonde di pochi centimetri o addirittura anche di pochi millimetri di lunghezza.

Reperti fossili nello spazio: microonde lunghe 3 millimetri.

Nel 1965 arriva finalmente la conferma della teoria evoluzionista e quella stazionaria viene definitivamente abbandonata. Due radioastronomi Arno Penzias e Robert Wilson, esplorando il cielo a microonde, alla ricerca della causa dei rumori che disturbavano le trasmissioni con i satelliti artificiali, notano che da ogni parte del cielo proviene un rumore uniforme, con una lunghezza d’onda di massimo 3 mm circa e una temperatura assoluta di 3 gradi. Il residuo delle elevatissime temperature primordiali ipotizzate finalmente è stato trovato e con esso la prova che Gamow e Hubble avevano ragione!

Da allora la teoria del Big Bang diviene per tutti un punto di partenza. Questo momento iniziale non viene però interpretato come l’origine dell’universo, che ancora non si sa se abbia mai avuto veramente un inizio e se avrà mai una fine, ma piuttosto come un momento osservabile, che ci permette di stabilire l’età e l’evoluzione dell’universo a partire da quel momento.

Negli ultimi anni, potenti telescopi hanno permesso l’esplorazione di galassie lontanissime e, osservando l’esplosione di grandi stelle, paragonabili alle più antiche supernove, le caratteristiche del loro spettro e la loro variazione di splendore, è stato possibile sfruttarle come misuratori di distanza e arrivare alla conclusione che l’espansione dell’universo non è decelerata, bensì accelerata: come se ci fosse un’energia che si oppone alla gravità. Questa energia è stata chiamata “energia oscura⁽²⁾” (più oscura della materia oscura…).

La composizione dell’Universo e l’origine della vita

Si è anche riusciti a stabilire la composizione dell’universo: 4% di materia barionica (composta cioè da protoni e neutroni, di cui siamo fatti anche noi e tutto ciò che ci circonda), 23% di materia oscura e per il restante 73% di energia oscura.

Gli atomi che compongono lo spazio sono il prodotto di una serie di reazioni nucleari avvenute nella fase finale di vita di stelle gigantesche, con una massa 20 e anche 30 volte più grande di quella del Sole. Al momento dell’esplosione la loro luminosità, aumentata miliardi di volte, generava appunto il fenomeno delle supernove e l’emissione di grandi quantità di neutrini e di tutti i nuclei interni degli elementi generatisi dalle stesse reazioni nucleari. Nella parte periferica di queste grandi stelle si trovavano gli elementi più pesanti, idrogeno, deuterio, elio e in piccola percentuale il litio.

All’esplodere della stella, questi elementi venivano sparati nello spazio, dove si condensavano in nubi interstellari, che costituivano successivamente la base di partenza per la formazione di nuove stelle e dei loro pianeti.

Ma dove ha avuto origine la vita? Non sulle stelle, lì le temperature sono infatti troppo fredde in superficie, duemila gradi e troppo elevate al loro interno, milioni di gradi. Le nubi interstellari risultano invece troppo poco dense, milionesimi di miliardesimi di miliardesimi di quella dell’acqua: inadatte alla formazione dei più semplici organismi unicellulari.

Ma sui pianeti Marte, Giove, Europa e Callisto, la sonda Galileo sembra mostrare, sotto la superficie, estesi oceani di acqua. Magari i microorganismi che vi vivono e che vi hanno vissuto sono diversi da noi, ma è molto probabile che così come le leggi della fisica e della chimica valgono nello stesso modo in tutto l’universo, lo stesso accada anche per le leggi della biologia. Così, quasi certamente, la vita così come noi la conosciamo, ha avuto origine sui pianeti, gli unici corpi celesti sui quali c’erano le condizioni per le quali poteva svilupparsi, anche se a partire da “stelle esplodenti”.

Margherita Hack

Recentemente, lo scorso 12 Giugno, è morta per problemi cardiaci l’astrofisica italiana Margherita Hack. Aveva 91 anni.

Professoressa ordinaria di astronomia all’Università di Trieste dal 1964 al 1992, fu la prima donna italiana a dirigere l’Osservatorio Astronomico di Trieste, portandolo a rinomanza internazionale.

Membro delle più prestigiose società fisiche e astronomiche, fù direttore del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Trieste, membro dell’Accademia Nazionale dei Lincei e per lungo tempo membro dei gruppi di lavoro dell’ESA e della NASA.

In Italia, con un’intensa opera di promozione, ottenne che la comunità astronomica italiana espandesse la sua attività nell’utilizzo di vari satelliti.

Numerose le pubblicazioni su riviste internazionali e moltissimi i libri da lei scritti, sia a carattere divulgativo sia a livello universitario.

In segno di apprezzamento per il suo importante contributo, le è stato anche intitolato l’asteroide 8558 Hack.

Riportiamo di seguito alcuni stralci del suo pensiero in numerosi campi.

Etica: una via laica fra religione e scienza

«L’etica non è appannaggio esclusivo dei credenti, anzi l’etica di un non credente è più pura e disinteressata di quella di un credente, che si comporta bene perché spera nella ricompensa e teme la punizione dell’aldilà. L’ateo non crede in un paradiso o in un inferno, pensa che dopo la morte, di lui resteranno le sue opere, il ricordo di chi lo ha conosciuto, gli atomi che costituivano il suo corpo e che serviranno a fare altri corpi e altri oggetti. Come gli epicurei non teme la morte, perché “fino a che ci siamo noi non c’è la morte, quando c’è la morte non ci siamo più noi”. L’etica dell’ateo, ma anche quella del credente, potrebbe essere racchiusa completamente negli insegnamenti di Cristo, non Dio o figlio di Dio, ma di una delle più grandi personalità della storia: “non fare agli altri quello che non vorresti fosse fatto a te” o “ama il prossimo tuo come te stesso”. Oggi sappiamo che abbiamo tutti la stessa origine, siamo tutti fatti della stessa materia costruita dalle stelle esplodenti, per cui il concetto di fratellanza va esteso veramente a tutti i viventi dell’universo, tutti sono il nostro prossimo (Margherita Hack – M.H.)».

Ignoranza scientifica di massa

«Ancora oggi l’ignoranza scientifica fa sì che molti si lascino guidare dall’oroscopo per prendere le loro decisioni, o credano ai maghi, oppure abbiano paure irragionevoli, come alla fine del 1999, quando alcuni ricordavano la profezia “Mille e non più Mille” o nel 2012 “la fine del mondo”, secondo la profezia Maya. È più realistico chiedersi se il nostro mondo industrializzato riuscirà a superare senza troppi danni lo tsunami economico che l’ha colpito e che, come sempre, incide più sulla povera gente che sui grandi patrimoni.

Gran parte dell’ignoranza scientifica diffusa anche tra le persone colte è dovuta alla scuola; essa dedica molto più spazio alle materie umanistiche che alle scienze. Risentiamo ancora oggi dell’opinione di Croce e Gentile, i quali ritenevano le materie scientifiche pura tecnologia, adatta agli “intelletti piccoli” mentre le materie umanistiche riservate agli “intelletti elevati”.

La moderna Astronomia e l’Astrofisica, andrebbero insegnate nei programmi delle scuole alla voce “Astronomia” e non “Geografia astronomica” (per altro insegnata da un docente di Scienze Naturali), perché rappresentano il più bel esempio del modo in cui la Fisica può essere applicata per comprendere la natura e l’evoluzione di corpi celesti così lontani e intangibili dalla Terra, e in ultima analisi anche dell’essere umano (M.H.)».

Essere vegetariani

«Sono vegetariana fin dalla nascita perché quando sono nata i miei genitori erano vegetariani, avendo aderito a una filosofia di origine indiana, molto simile al buddhismo, la teosofia, che predica il rispetto di tutti gli esseri viventi e quindi anche degli animali. Perciò non ho alcun merito, non è stata una scelta, ma non mangerei mai carne né pesce, perché amo gli animali e non sopporto l’idea di ucciderli. (M.H.).»

Cultura, innovazione e ricerca

«Scoprire le leggi che regolano l’universo, che regolano il nostro pianeta, il nostro corpo, il nostro modo di essere: in questo consiste la scienza. Ma se non si hanno nemmeno i soldi per pagare le bollette, o la carta per le fotocopie, o peggio ancora, se non siamo in grado di offrire una posizione ai tanti neodottori di ricerca condannati al precariato, come possiamo pretendere che ci si evolva scientificamente e praticamente? Esiste una classe dirigente che non si rende conto di quanto sia importante la cultura. Bisogna lottare affinché i nostri ricercatori, di ogni genere, non siano costretti ad andare all’estero. (M.H.).»

di Adriana Paolini

^(1). Mengele era un medico nazista noto per crudeli esperimenti di eugenetica che svolgeva, durante la seconda guerra mondiale, usando come cavie i deportati, anche bambini, del campo di concentramento di Auschwitz. Soprannominato Angelo della morte, era famoso per la sua assoluta mancanza di pietà umana. Nel dopoguerra, divenne il simbolo della negazione dei principi stessi della medicina.

^(2). La sua scoperta si deve a Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Rees, che per questo hanno ricevuto nel 2012 il premio Nobel.

N.B. Tutti i virgolettati sono citazioni di Margherita Hack.

Bibliografia di riferimento

Dove nascono le stelle (2008)

Libera scienza in libero stato (2010)

L’Universo nel terzo millennio (2010)

Tutto comincia dalle stelle (2011)

Il mio infinito (2011)

Sotto una cupola stellata (2012)

Linkografia

http://it.wikipedia.org/wiki/Margherita_Hack