Lo stato iniziale. - I modelli ad espansione richiedono tuttavia ulteriori considerazioni. Si può anche considerarli come suscettibili d'una ricostruzione, almeno a grandi linee, della storia del mondo passato. Ora, per il modello Friedmann-Einstein, come per il modello Lemaitre, questa storia incomincia a partire da uno stato molto condensato della materia. Lo si comprende facilmente: se l'espansione, quale si verifica attualmente si svolgesse a rovescio, tutte le nebulose spirali verrebbero sempre più a riunirsi fino a ritrovarsi tutte congiunte ad un'epoca che si può calcolare. Partendo dal corso attuale dell'espansione si trova che quest'epoca del congiungimento di tutte le nebulose si deve.porre a qualche miliardo di anni nel passato, e questo press'a poco quadra con l'età che noi possiamo dare alla terra, al nostro sistema solare, alla galassia, ecc... Ci sarebbe dunque una specie di origine cosmica dello stato attuale dell'universo: questo stato concentrato della materia che prelude all'espansione del tutto.
(9) Si può, in pratica, dare alla costante cosmologica (
Lemaitre è andato più lontano: ha ammesso che questo stato fosse quello d'una specie di atomo primitivo unico, la cui formidabile disintegrazione fu all'origine degli elementi e dei mondi.
E' una visione delle cose che lo stato attuale delle conoscenze non proibisce e non impone, ma che simboleggia in modo sorprendente quello stato di concentrazione materiale dell'universo originario. E' del resto abbastanza notevole che gli studi fatti più recentemente sulla distribuzione degli elementi chimici nell'universo, sulla loro relativa abbondanza e sulla loro possibile origine, hanno di comune questo, nonostante la diversità delle loro basi e delle teorie proposte, che conducono tutti a postulare uno stato originario molto concentrato e molto denso della materia cosmica. Un prezioso accordo sulla teoria dell'espansione dell'universo sembra che venga cosi a prodursi, partendo da considerazioni molto diverse e da dati dell'esperienza fisica indipendenti da quelli che hanno condotto alla prima idea di questo stato iniziale.
Certamente le cose devono essere esaminate molto più da vicino. Nondimeno resta il fatto che l'insieme dello schema d'una evoluzione cosmica che parte da uno stato iniziale denso e ad altissimo potenziale energetico, che incomincia alcuni miliardi d'anni fa per dare orgine al mondo costituito dalla configurazione delle nebulose spirali in costante espansione, rappresenta una concezione cosmologica scientificamente plausibile e senza dubbio la migliore di cui noi disponiamo attualmente.
I modelli legati a concezioni cosmologiche d'altro tipo. - Per quanto sia soddisfacente di fronte al complesso dei dati positivi di cui disponiamo attualmente, la concezione dell'universo di cui abbiamo ora visto l'elaborazione non è tuttavia irreprensibile da ogni altro punto di vista quando la si considera più da vicino.
Anzitutto l'accordo con i dati reali non è che approssimativo. Segnaliamo due punti che sembra siano abbastanza imbarazzanti. Il primo è che ci si immagina una distribuzione quasi omogenea delle nebulose spirali nello spazio. Ora, lo stato attuale dei sondaggi astronomici non sembra che porti una piena conferma a queste ipotesi: le dissimmetrie della distribuzione oltrepasserebbero notevolmente le ineguaglianze che si dovrebbero pensare dovute semplicemente al caso. Il secondo è che la cronologia del passato ricostruita sulla base dello stato attuale dell'espansione dell'universo da veramente troppo poco di tempo: la terra appare antica di almeno due miliardi di anni, età vicina a quella che gli attuali metodi geologici permettono di assegnare a certe rocce molto vecchie. Ora, facendo il calcolo astronomico puro e semplice, questo dovrebbe essere stato anche press'a poco il momento in cui ebbe origine l'espansione. E' tuttavia chiarissimo che l'epoca di formazione della terra e delle rocce che vi si trovano è assai notevolmente posteriore all'epoca della sua origine.. Ma, sulla base dei dati accessibili e senza ipotesi ingiustificate, si fa gran fatica a trovare i mezzi di fare dei calcoli che portino l'origine ad un'epoca sufficientemente anteriore a quella della formazione del sistema solare.
D'altra parte ci sono stati uomini di scienza refrattari alle concezioni spazio-temporali della Relatività e soprattutto a quelle della Relatività generale che obbliga ad abbandonare il carattere euclideo dello spazio accettando l'idea delle curvature riemanniane imposte allo spazio a tre dimensioni nel quale viviamo. Questa ripugnanza ha condotto Milne in particolare ad una teoria curiosissima — quella della " Relatività cinematica " — nella quale, attraverso posizioni di pensiero che d'altronde non sono accettate dalla maggioranza degli uomini di scienza (10), si ritrovano analoghi, newtoniani delle strutture della Relatività generale. Si ricade di fatto su equazioni formalmente identiche a quelle di Einstein. Ma l’interpretazione ne è affatto diversa. E' d'altronde impossibile entrare qui nei particolari.
Dopo aver cosi rimesso in discussione il problema, altre idee sono state proposte recentemente. Fra le più interessanti bisogna ricordare quella che forni le basi alla cosmologia di H. Bondi e T. Gold, che proponeva questa volta un universo simultaneamente in espansione ed in uno stato stazionario: ciò diventa possibile se si fa l'ipotesi di una specie di creazione continua della materia in seno allo spazio cosmico.
Ecco i dati essenziali di questa concezione: invece di immaginare uno stato iniziale denso a partire dal quale si produce l'espansione, si ammetterà che compare continuamente nello spazio una certa quantità di materia che i calcoli rivelano dell'ordine di circa cinquecento atomi di idrogeno per ogni chilometro cubo all'anno. Questa materia tende a riunirsi in nebulose, sia che essa si aggreghi alle nebulose già formate, sia che diventi il germe d'una nuova nebulosa. Il processo d'espansione delle nebulose, appena esse si formano, viene a mantenere la costanza della densità media di materia nell'universo.
In tal modo abbiamo una specie di ricomposizione costante dei processi che l'osservazione astronomica è in grado di percepire. Si ottiene còsi un universo empiricamente stazionario: accade qualche cosa in questo universo, ma in sostanza vi si produce sempre la stessa cosa.
Secondo le idee di Milne, i processi di comparsa di materia, di formazione delle nebulose, poi di scostamento delle nebulose formate, si compiono continuamente in uno spazio fisico euclideo, ma la trama cosmologica degli avvenimenti potrà essere descritta per mezzo delle formule proprie alle teorie della Relatività generale. Una volta abbandonato il principio della conservazione della materia, si prenderanno delle equazioni più che è possibile vicine a quelle di Einstein e si ricadrà in una soluzione che, dal punto di vista della metrica di spazio-tempo, è la soluzione descrittiva di un universo di De Sitter. Ma non è più altrettanto necessario postulare quest'universo vuoto, poiché esso è costruito sulla base di ipotesi abbastanza differenti da quelle ammesse dall'astronomo olandese.
(10) In particolare, Milne ammette una dissociazione della scala del tempo in due: ci sarebbe da una parte una temporalità cinematica valida per tutto ciò che si riferisce all'elettrodinamica e per la quale il passato sarebbe infinito, ed una temporalità dinamica valida per tutto ciò che è in rapporto con la materia corporea e pesante, la gravitazione newtoniana in particolare. Questa temporalità dinamica £ in corrispondenza logaritmica con la temporalità cinematica, di modo che all'Infinito del passato cinematico corrisponde un passato dinamicamente finito.
Una delle conseguenze di tutto ciò è il fatto che nell'universo si troveranno delle nebulose di ogni età, nonostante una certa età media delle formazioni materiali che i calcoli fissano all'inarca di due miliardi di anni. La nostra galassia è sensibilmente più vecchia di questa età media. Ma precisamente questo va ben d'accordo col fatto che la sua statura è sensibilmente superiore alla media. Oltre agli accordi con l'esperienza che i modelli Classici possono presentare per conto loro, si troverebbe così, in un modello di questo genere, la possibilità di spiegare un certo numero di altri fatti che sono rimasti fino ad oggi al di fuori delle considerazioni cosmologiche moderne. In particolare si potrebbe trattare tutto in una volta il problema della struttura globale dell'universo e quello della formazione delle nebulose spirali. La contropartita dei vantaggi così sperati è evidentemente l'abbandono del principio della conservazione della materia ed il postulato di questa inspiegabile comparsa di atomi di idrogeno nello spazio. Le abitudini dello spirito scientifico sono poco favorevoli a simili postulati, di modo che per ora la cosmologia di Bondi e Gold, insieme a qualche altra ancora (11), figura piuttosto come un suggerimento di riserva che come una teoria trionfante. Ma chi può sapere quel che l'avvenire riserva a queste idee nascenti?