Teorie cosmologiche attuali e dogma della creazione

La struttura dello spazio cosmico. - A prima vista sembrerebbe che, considerandoci come nel punto centrale di questo reticolato, noi dovremmo concludere che inoltre, più le maglie del reticolato sono lontane,, più si dilatano rapidamente. Ma è necessario rinunciare all'idea che noi ci troviamo al centro dell'universo delle spirali. Allo stesso modo in cui la terra non è al centro del sistema solare, allo stesso modo in cui il sole non è al centro della galassia, così la galassia stessa non è al centro dell'universo. Noi siamo situati in uno qualunque dei nodi del reticolato, ecco tutto. C'è ragione di pensare che quel che vediamo noi lo percepirebbe anche un osservatore posto in qualche altra nebulosa, se facesse le stesse osservazioni che facciamo noi. Gli sembrerebbe che tutto l'universo lo fugga secondo la stessa legge di proporzionalità delle velocità di allontanamento alle distanze. In conclusione il fatto è che sempre tutto che è nel nostro spazio fugge in questo modo. Ora questa identità di situazioni che non concede privilegi ad alcun centro di osservazione, è perfettamente possibile, ma ad una condizione abbastanza rivoluzionaria dal punto di vista della nostra solita intuizione spaziale: bisogna infatti che il reticolato di cui abbiamo ora parlato non sia intrecciato in modo da costituire uno spazio euclideo, ma l'analogo a tre dimensioni d'una superficie sferica.

Immaginiamo una palla di gomma su di cui si applica una rete elastica a maglie quasi regolari, oppure, ciò che finisce di essere lo stesso, sulla quale si segnano dei punti quasi regolarmente distanziati. Se si gonfia la palla i nodi della rete oppure i punti segnati si allontaneranno gli uni dagli altri delle osservazioni analoghe a quelle che si fanno da questi altri punti. Ora, se un osservatore situato in uno dei nodi ha la possibilità di misurare, servendosi di segnali che percorrono la superficie della sfera, le velocità di allontanamento dei diversi altri nodi della rete, troverà delle velocità precisamente proporzionali alle distanze. I nodi della rete elastica, i punti segnati alla superficie della palla seguono, gli uni rispetto agli altri, la legge di Hubble-Humason che è stata appena ora enunciata per le nebulose spirali; velocità di fuga proporzionale all'allontanamento del punto, ben inteso alla condizione di misurare l'allontanamento percorrendo la sfera.

Cosi l'interpretazione più ragionevole di quel che noi osserviamo è alla fine quella di pensare che gli spazi celesti nei quali noi situiamo tutte le nebulose spirali siano analoghi a tre dimensioni della superficie di una palla che si gonfia. E' questa specie di "superficie d'una ipersfera a quattro dimensioni" che viene ricoperta dal reticolato delle nebulose spirali, e l'insieme del reticolato, il cosmo completo, non sarebbe altro che la totalità di questa "superficie". In questo modo il fatto fisico della recessione delle nebulose ci permette di passare dal frammento d'universo esplorato ad una concezione dell'insieme del mondo. Da questo momento lo spazio cessa di essere come una specie di contenente assolutamente indipendente dalle cose che vi vengono a prender posto, il quale sarebbe presupposto alla loro esistenza come la scena del teatro è presupposta alla recitazione degli attori. Noi dobbiamo pensare invece che sono le cose a farsi il loro spazio ed è la natura dei loro rapporto che determina la sua struttura cosmica. In tal modo che non è per nulla impossibile allo spirito umano di risalire dalla conoscenza di certi fatti naturali a quella dei caratteri globali dello spazio fisico. Idea profonda, già intravista dall'antichità, ma che la meccanica classica ci aveva quasi fatto dimenticare.

Legame con le teorie della relatività generale. - Ora, nel momento in cui si faceva questo concatenamento di considerazioni, cioè verso il 1930, lo spirito scientifico era per un altro verso già bene preparato dal punto di vista teorico ad accettare queste idee sullo spazio cosmico e le conclusioni su esposte, mentre queste stesse conclusioni e queste idee avrebbero molto spaventato gli uomini di scienza del 1900. A partire dal 1913 infatti Einstein pone i principi della teoria detta della Relatività generale, allo scopo di ridurre alla considerazione d'una opportuna struttura dello spazio-tempo la spiegazione teorica dei moti accelerati osservati nella natura.

Nel 1915 egli ottiene la soluzione del problema equivalente a quello cui risponde la teoria classica dell'attrazione newtoniana. La legge di Einstein relativa alla gravitazione nel vuoto (7) riceverà ulteriormente tre bellissime conferme sperimentali. Anzitutto essa rende conto con molta precisione di una anomalia del movimento del pianeta Mercurio che la teoria classica non può spiegare. Poi essa prevede quantitativamente la deviazione d'un raggio luminoso che passa nelle vicinanze d'un corpo pesante, e questo' si può verificare bene quando un'eclisse di sole permette di studiare l'occultazione d'una stella da parte del sole. Infine essa prevede uno spostamento, anche questo ben verificato, delle righe spaziali della luce emessa da una sorgente situata in un campo di gravitazione molto intenso.

La formulazione di questa legge viene ad ammettere che l'azione di quel che noi chiamiamo materia si traduce, dal punto di vista meccanico, in una certa "curvatura locale" dello spazio-tempo, per cui esso s'allontana dalla struttura euclidea che ci è familiare. E siccome questa curvatura regola i movimenti di ogni particella materiale, essa fornisce l'analogo einsteniano di ciò che Newton chiamava le forze d'attrazione tra corpi pesanti. Si vede dunque comparire, per ragioni teoriche, una prima idea dell'impossibilità di rendere la struttura caratteristica dello spazio fisico dei fenomeni concreti, soprattutto se la si considera ad una certa scala di grandezza, equivalente alla struttura familiarmente euclidea. Quest'ultima potrebbe solo adattarsi ad un campo d'osservazione pochissimo esteso intorno all'osservatore. Lo spazio euclideo familiare corrisponde alla realtà fisica un po' come la tanta gente in un punto corrisponde alla curva di cui essa è tangente in quel punto: finché non ci si allontana troppo dal punto in esame la curva e la tangente si possono confondere, ma ad una certa distanza ciò non è più possibile.

(7) E' Inutile qui insistere su questa legge come si esprime In termini matematici. La scrittura in quanto tale non potrebbe essere più semplice: " Ma la spiegazione di ciò che vuoi dire il simbolo essenziale Gfi", che vi figura, sarebbe molto lunga e praticamente inaccessibile, a meno di entrare in una tecnica matematica che qui non è il caso di sviluppare.

La legge einsteiniana della gravitazione definisce una struttura locale dello spazio-tempo in vicinanza di masse materiali. Tuttavia fin dal 1916 Einstem, dopo aver scritto le leggi della gravitazione in un mezzo contente . questa volta materia e radiazioni (8), ottiene una soluzione di quell'equazione suscettibile di applicarsi ad ogni punto d'uno spazio considerato nella sua totalità.

Questa soluzione caratterizza dunque un certo modello teorico di universo. Nel primo modello di Einstein il tempo è indipendente dalle misure spaziali e, da parte sua, lo spazio è ipersferico, è cioè precisamente l'analogo a tre dimensioni della superficie della sfera. Questo modello d'universo rappresenta un universo che contiene quanta più materia è possibile ed un universo globalmente statico, senza evoluzione: solo piccoli movimenti locali vi sono concepibili.

L'anno seguente De Sitter trova una seconda soluzione dell'equazione generale scritta da Einstein. Essa rappresenta un universo dallo spazio ipersferico come il precedente, ma in cui la misura del tempo dipende dalla distanza dell'osservatore.

Un tale universo è anch'esso globalmente statico, ma questa volta non contenendo alcuna materia, esso è globalmente vuoto. Se tuttavia si introducesse una piccola particella materiale in questo universo, essa dovrebbe comportarsi rispetto ad un osservatore situato all'origine delle coordinate come se essa fosse respinta da lui: tale è precisamente il comportamento delle nebulose spirali rispetto a noi. Si pensò dunque molto presto che i due modelli d'universo proposti da Einstein e De Sitter rappresentassero i casi limiti del "pieno" e del "vuoto" tra i quali si dovesse porre il caso reale del nostro universo. Risale allora a De Sitter il merito di aver per primo visto un legame possibile tra la cosmologia derivata dalle equazioni della relatività generale ed il fenomeno già intravisto della recessione delle nebulose.

Tuttavia né l'una né l'altra di queste due soluzioni è molto soddisfacente. Gli universi di Einstein e di De Sitter sono modelli eccessivamente semplificati, incapaci di accogliere, uno il divenire, l'altro la materia pesante che compaiono nel nostro universo concreto. Quanto al compromesso tra l'uno e l'altro, esso non da che suggerimenti qualificativi. Con tutto ciò nel 1922 A. Friedmann fa vedere che si possono trovare soluzioni dell'equazione di Einstein che descrivono questa volta universi non statici, cioè nei quali la configurazione dello spazio dipende questa volta dal tempo. Una di queste soluzioni rappresenta uno spazio ipersferico il cui raggio, nullo in principio, cresce fino ad un massimo, poi diminuisce di nuovo fino ad annullarsi: espansione seguita da contrazione. E' la soluzione che Einstein ha fatto sua. Il mondo attuale sarebbe un universo di questo genere, preso nella fase d'espansione.

Un po' più tardi, nel 1927, l'abate Lemaitre riconosce un'altra solu zione che fornirà la sua armatura alle concezioni più usuali dell'Universo in espansione.

(8) Logge di scrittura un po' più complicata di quella della gravitazione nel vuoto, e in cui si .può introdurre un termine nel quale apparirebbe una costante, la "costante cosmologica", ohe ha un ufficio importante in tutti gli sviluppi teorici di cui parleremo subito.

Lo spazio vi ha sempre la forma ipersferica e l'universo è d'una formazione tale che ad una certa epoca della sua evoluzione passa attraverso lo stato d'equilibrio che è rappresentato dall'universo statico di Einstein. Ma questo stato d'equilibrio è in realtà uno stato d'equilibrio fisicamente instabile. Lemaitre e poi Eddington hanno avuto il grande merito di sottolinearlo. Appena un tale stato d'equilibrio si trova rotto anche per pochissimo, l'universo cade o nella fase in cui si contrae sempre di più, oppure nella fase in cui si dilata indefinitamente. I fatti ci dimostrano che in pratica si produce un'espansione. D'altronde la fase di evoluzione anteriore al passaggio attraverso lo stato d'equilibrio instabile può essere concepita anch'essa come un'espansione a confronto con uno stato iniziale più condensato (9). In tal modo l'universo si evolve al ritmo d'un'espansione che va rallentando fino al passaggio per lo stato ^'equilibrio, e poi riparte di nuovo. Nel nostro universo concreto questo stato d'equilibrio sembra oltrepassato da molto tempo.

In quel che concerne l'accordo con i dati dell'esperienza, diciamo soltanto che un modello di questo genere si accorda bene in particolare con il sistema di fatti osservati a proposito della recessione delle nebulose spirali. Si ottiene cosi un'elegantissima rappresentazione teorica del processo della natura più grandioso che ci sia stato dato fin'ora di conoscere.

.Ci si vorranno perdonare questi sviluppi un po' arditi. Era importante far vedere da una parte come l'idea d'un universo il cui spazio è l'analogo a tre dimensioni della superfice sferica, idea che suggerisce la recessione delle nebulose, è stata accolta molto naturalmente dalla teoria della Relatività, generale, e d'altra parte come le stesse basi teoriche permettono, variando i parametri e le soluzioni delle stesse equazioni, di trovare tutta una varietà di modelli molto diversi, più o meno atti alla rappresentazione scientifica dell'universo conosciuto sperimentalmente. Questi punti sono davvero essenziali per la discussione che verrà in seguito.