L’INIZIO DEL TEMPO DELL’UNIVERSO

«Equipaggiato dei suoi cinque sensi, l’uomo esplora l’universo attorno a lui e chiama l’avventura Scienza.»

Edwin Powell Hubble.

E’ possibile pensare che l’estensione dell’universo che oggi vediamo con i nostri strumenti più perfezionati non sia poi molto più limitata di quella che sarà sempre visibile, perché l’universo si sta espandendo, come risulta fra l’altro dal fatto che le linee spettrali delle galassie si spostano verso il rosso.

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(Esempio di spostamento verso il rosso: a sinistra lo spettro del Sole, a destra quello di una galassia)

Lo spostamento verso il rosso (chiamato anche effetto batocromo o, in inglese redshift) è il fenomeno per cui la frequenza della luce, quando osservata in certe circostanze, è più bassa della frequenza che aveva quando è stata emessa. Ciò accade in genere quando la sorgente di luce si muove allontanandosi dall’osservatore (o equivalentemente, essendo il moto relativo quando l’osservatore si allontana dalla sorgente).

Nonostante questa espansione le galassie non cambiano di estensione: quello che ingigantisce è lo spazio tra loro.

Gli ammassi di galassie che ora vediamo ai limiti della visione terrestre si stanno allontanando da noi a una velocità pari a quella della luce e certo dietro di loro ci sono altre galassie o ammassi di galassie che si stanno allontanando a velocità anche maggiore.

Quanto si è detto sopra non significa però che la Terra( e noi con lei) si trovi al centro dell’universo, perché come abbiamo già visto, molte teorie danno l’universo come infinito e quindi senza centro.

Le tre principali teorie riguardanti l’espansione dell’universo sono quella dell’esplosione primordiale, dell’espansione-contrazione o oscillatoria e la teoria dello statu quo o universo stazionario.

TEORIA DELL’ESPLOSIONE

Nell’ipotesi che l’universo abbia continuato a espandersi fino alla sua attuale dimensione, gli astrofisici hanno calcolato che ciò ha avuto origine circa 10.000 milioni di anni fa dall’esplosione di una massa estremamente compressa.Dopo circa 1.000 milioni di anni si formarono ammassi di galassie che, secondo questa teoria, hanno continuato, e continueranno, ad allontanarsi fra loro.

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Rappresentazione del “Big-bang”, foto dall’Enciclopedia Treccani

TEORIA DELL’ESPANSIONE-CONTRAZIONE O OSCILLATORIA

Questa teoria si basa sul concetto opposto, cioè che l’espansione dell’universo sia in declino e che quindi avrà una fine a cui seguirà una contrazione. Questa farà sì che l’universo ritorni a essere una massa compressa, che sarà sottoposta a una nuova esplosione, a una nuova espansione e a una conseguente continua contrazione.

La teoria del Big Crunch, foto dall'Enciclopedia Treccani

La teoria del Big Crunch, foto dall’Enciclopedia Treccani

“Big Crunch” (Grande schiacciamento, ingl.) è un’ipotesi sul destino dell’Universo.Essa sostiene che l’Universo smetterà di espandersi ed inizierà a collassare su se stesso.

In base a questa teoria, l’universo può essere immaginato come qualcosa che può avere ad ogni momento non solo un centro ma anche un limite.

Le due teorie presentate si basano entrambe sul principio che anche se la materia può subire cambiamenti di stato e forma con una conseguente produzione o distruzione di energia, la somma totale di materia e/o energia non cambia. Questo principio divenne più comprensibile se si pensa che materia ed energia siano intercambiabili. Sulla base di questo principio alcuni astronomi hanno supposto che se mai c’è stato un momento d’inizio, cioè di superdensità, quando l’universo era una massa compatta, doveva trattarsi di una massa d’energia. Da quel momento in poi l’evoluzione generale dell’universo deve essere stata da energia a materia.

TEORIA DELLO STATU QUO

Questa teoria si basa sull’ipotesi che la creazione materia-energia sia continua, ad un ritmo tale da compensare la rarefazione provocata dall’esplosione, ed elimina quindi il problema dell’inizio e della fine dell’universo.

La sua base filosofica è il cosiddetto Principio cosmologico perfetto, che afferma che il nostro punto di osservazione dell’Universo non sarebbe per nulla particolare, non solo dal punto di vista della posizione, ma anche da quello temporale: non solo l’uomo, la Terra, il Sole o la Via Lattea non sono al centro dell’Universo (né in alcun’altra posizione privilegiata), ma su scala cosmologica anche l’epoca in cui viviamo non sarebbe significativamente differente da ogni altra. L’universo su grande scala sarebbe quindi eterno ed immutabile.

De Sitter negli anni '20 ipotizzò un universo con densità di materia costante, ma in espansione.

De Sitter negli anni ’20 ipotizzò un universo con densità di materia costante, ma in espansione.

Einstein introdusse il principio cosmologico nel 1917.

Einstein introdusse il principio cosmologico nel 1917.

Quattro secoli di osservazioni con i telescopi hanno creato una coerente immagine del cosmo, ma la strada da percorrere è ancora lunga e molte importanti questioni rimangono aperte. Comprendere la nascita dell’Universo e il suo destino finale è essenziale per svelare i meccanismi del suo funzionamento.

                                                                                                                                                                  Lucica

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IL POTERE CREATIVO DELL’INTELLETTO

La facoltà di pensare e di esprimere il pensiero per mezzo del linguaggio- cioè la facoltà di accumulare e di trasmettere idee ed esperienze- ha consentito all’uomo di intervenire sul suo mondo, sia dal punto di vista fisico (modificando l’ambiente in cui vive), sia dal punto di vista intellettuale (creando un sistema di pensiero in cui inserirsi).

L’incastellatura di idee da cui dipende la civiltà stessa sorge dalla continua interazione fra gli eventi storici, le nuove situazioni sociali e le nuove scoperte da una parte, e le qualità razionali e immaginative delle menti, dall’altra. E’ infatti raro che idee completamente nuove sboccino di colpo dalle menti dei singoli individui, per quanto dotati possano essere; in realtà le idee si evolvono lentamente e attraverso esperimenti, e gli individui più dotati, che noi tendiamo a ritenere creatori di tali idee, sono di norma soprattutto dei chiarificatori delle stesse.

Hammurabi, Dalton, Darwin, Voltaire e Einstein- tanto per fare alcuni nomi- trasformarono le teorie e gli studi precedenti, che erano solo allo stadio sperimentale, in sistemi coerenti e convincenti, i quali potevano a loro volta essere ulteriormente sviluppati da molti altri uomini, di minore o di maggiore intelligenza. Così, la teoria atomica di Dalton si riallaccia da una parte a quella di Democrito, e dall’altra alla moderna fisica atomica; il codice di leggi di Hammurabi si allaccia ai costumi tribali da una parte, e dall’altra-attraverso la legislazione romana e il codice napoleonico-ai riformatori contemporanei.

Prologo del Codice di Hammurabi, tabella di argilla, 1780 A.C., Museo Louvre, Parigi, Francia.

Prologo del Codice di Hammurabi, tabella di argilla, 1780 A.C., Museo Louvre, Parigi, Francia.

Busto di Hammurabi

Busto di Hammurabi

John Dalton (1766-1844) fisico e chimico britannico

John Dalton (1766-1844) fisico e chimico britannico

                                                             Teoria atomica proposta da John Dalton


La teoria di Dalton si è basata sulla premessa che gli atomi di elementi diversi si riconoscevano dalle differenze nei loro pesi. Ha dichiarato la sua teoria in una conferenza alla Royal Institution nel 1803. La teoria ha proposto una serie di idee di base: Tutta la materia è composta di atomi. Gli atomi non possono essere creati o distrutti .Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici. Usando la sua teoria, Dalton ha razionalizzato le varie leggi di combinazione chimica che esistevano a quel tempo. Tuttavia, ha fatto un errore nel ritenere che il composto più semplice dei due elementi deve essere binario, formato da atomi di ogni elemento in un rapporto di 1:1. Nonostante alcuni errori, la teoria di Dalton ha fornito una spiegazione logica di concetti, e ha aperto la strada a nuovi campi di sperimentazione.

La teoria evolutiva di Darwin ha cambiato radicalmente il nostro modo di pensare

La teoria evolutiva di Darwin ha cambiato radicalmente il nostro modo di pensare l’evoluzione della specie umana.

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Charles Robert Darwin (1809-1882)

             naturalista britannico

Albert Einstein (1879-1955), fisico e filosofo della scienza, tedesco naturalizzato statunitense. Il suo grande merito è di aver mutato per sempre il modello di interpretazione del mondo fisico e dell'universo.

Albert Einstein (1879-1955), fisico e filosofo della scienza, tedesco naturalizzato statunitense. Il suo grande merito è di aver mutato per sempre il modello di interpretazione del mondo fisico e dell’universo.

Questi grandi sistemi di pensiero sono abbastanza vasti da costituire sistemi autonomi i cui singoli stadi di sviluppo sono permanentemente fissati nella storia dell’umanità. E, come la storia stessa ci mostra, questi sistemi sono, in ogni società e a ogni momento, in costante interazione tra loro: alcuni possono essere a uno stadio più avanzato di evoluzione, altri a uno stadio tanto embrionale che solo una paziente analisi storica li riesce a scoprire. C’è quindi una specie di selezione naturale delle idee, e ogni nuovo contributo deve sfidare i sistemi di pensiero già esistenti in una lotta in cui qualcosa deve cedere a vantaggio della coerenza.

Per comprendere il processo senza fine di chiarificazione e di miglioramento delle idee derivante da questa competizione sempre in atto occorre essere abbastanza audaci da generalizzare-dire cioè fu qui che l’idea di un unico essere divino venne per la prima volta espressa, fu qui che la scienza moderna ebbe veramente inizio, e così via-, e occorre dividere il campo del pensiero in un certo numero di campi minori, non tanto numerosi da rendere confusa la delineazione generale, ma neppure tanto pochi da far perdere i vantaggi della suddivisione.

Lo studio della filosofia, della scienza e del pensiero sociale hanno una base comune: la ricerca della conoscenza del mondo, da una parte,  e della conoscenza dell’uomo e della società umana, dall’altra parte. Spesso questa conoscenza è stata cercata per se stessa, indipendentemente da una sua utilità pratica diretta, ma spesso è stata cercata proprio per le sue applicazioni, o anche è nata da necessità strettamente pratiche. Dietro tale ricerca sta quella particolare forma di curiosità che noi definiamo amore per la conoscenza”. Ogni progresso umano, ognuna delle grandi differenze esistenti fra le condizioni di vita del mondo contemporaneo e quelle del mondo dei nostri lontanissimi antenati si fonda sulle idee sorte dallo spirito di ricerca. E così, come la tecnologia subisce un arresto se le viene a mancare lo stimolo della ricerca scientifica pura, senza l’ispirazione fornita dalle nuove idee ,l’intero svolgersi della vita umana diverrebbe una semplice routine.

Occorre però ricordare che le nostre generalizzazioni e le nostre distinzioni sono fortemente influenzate dal nostro particolare sistema di pensiero: infatti, analizzando lo sviluppo delle idee, noi prendiamo inevitabilmente l’ispirazione dal modo di pensare della nostra epoca, e procedendo nell’analisi scopriamo una costante sfida a tale modo di pensare. Ma apprendendo ciò che impararono i nostri antenati proviamo un senso nuovo di umiltà, assieme a un nuovo senso di speranza. E accettando un retaggio di idee tanto ricco ci avviciniamo di più al compimento di noi stessi, sia come individui, sia come membri della specie umana.

                                                                                                                                  Lucica

ALBERT EINSTEIN

Un tavolo, una sedia, un cesto di frutta e un violino; di cos’altro necessita un uomo per essere felice?”Immagine

Nella storia dell’umanità, il XX secolo è stato un periodo caratterizzato da tragedie e progresso in un susseguirsi davvero spettacolare. Delle grandi tragedie ricordiamo le due guerre mondiali e l’invenzione della bomba atomica, che hanno portato il terrore dell’autodistruzione. Per quanto riguarda il progresso, il XX secolo è il momento in cui l’uomo si è avvicinato di più al grande mistero che lo ha sempre affascinato: l’universo.

Il paradosso è che tutti due gli aspetti si legano alla genialità di una persona, uno scienziato: Albert Einstein. Le sue ricerche hanno contribuito allo sviluppo della teoria della relatività, che ha portato ad una riconsiderazione profonda delle osservazioni fatte da Newton nel XVII secolo, con l’effetto di ottenere una rivoluzione scientifica. D’altro canto, le osservazioni e i progressi realizzati nella fisica hanno reso possibile il progetto e la costruzione della bomba atomica. Il suo contributo alla realizzazione di quest’arma ha perseguitato il geniale uomo di scienze Albert Einstein fino alla fine dei suoi giorni.

Albert Einstein nasce il 14 marzo del 1879 a Ulm, in Germania, da genitori ebrei non praticanti. Un anno dopo la sua nascita la famiglia si trasferisce a Monaco di Baviera, dove suo padre Hermann apre, col fratello Jacob, una piccola officina elettrotecnica. L’infanzia di Albert si svolge nella Germania di Bismarck, un paese in via di massiccia industrializzazione, ma anche retto con forme di dispotismo che si fanno sentire a vari livelli e in vari ambienti della struttura sociale. Il piccolo Albert era per istinto un solitario ed impara a parlare molto tardi. Il rapporto con la scuola è da subito difficile; Albert infatti, odiava i sistemi severi che rendevano la scuola a quei tempi, simile ad una caserma. Trovava quindi le sue consolazioni a casa, dove la madre lo avvia allo studio del violino e lo zio Jacob a quello dell’algebra. Da bambino, legge libri di divulgazione scientifica, con quella che definì ”un’attenzione senza respiro”. Nel 1894 la famiglia si trasferisce in Italia per cercare miglior fortuna, acquistando una fabbrica a Pavia vicino a Milano, mentre Albert rimane solo a Monaco, per poi raggiungere la famiglia solo al termine dell’anno scolastico.

Gli affari della fabbrica cominciano ad andare male e Hermann esorta il figlio a iscriversi al famoso Istituto Federale di Tecnologia, noto come Politecnico di Zurigo. Non avendo però conseguito un diploma di scuola secondaria superiore, nel 1895 deve affrontare un esame di ammissione e viene bocciato per insufficienze nelle materie letterarie. Però, il direttore del Politecnico impressionato dalle non comuni capacità mostrate nelle materie scientifiche, convince il ragazzo a non rinunciare alle speranze e ad conseguire un diploma che gli permette di iscriversi al Politecnico nella scuola cantonale svizzera di Aargau. Lì prende una prima decisione: non farà l’ingegnere ma l’insegnante.

In una sua dichiarazione dell’epoca dirà, infatti: ”Se avrò fortuna nel passare l’esame, andrò a Zurigo, lì starò per quattro anni per studiare matematica e fisica. Immagino di diventare un insegnante in quei rami delle scienze naturali, scegliendo la parte teorica di esse. Queste sono le ragioni che mi hanno portato a fare questo piano, la mia disposizione all’astrazione e al pensiero matematico, e la mia mancanza di immaginazione e di abilità pratica.”

Nel corso dei suoi studi a Zurigo matura la sua scelta: si dedicherà alla fisica piuttosto che alla matematica.

Si laurea nel 1900. Prende la cittadinanza svizzera per assumere un impiego all’Ufficio Brevetti di Berna. Il modesto lavoro gli consente di dedicare gran parte del suo tempo allo studio della fisica.

Nel 1905 pubblica tre studi teorici. Il primo, il più importante contiene l’esposizione completa della teoria della relatività ristretta¹. Il secondo studio, sull’interpretazione dell’effetto fotoelettrico, contiene un’ipotesi rivoluzionaria sulla natura della luce; Einstein afferma che l’energia trasportata da ogni particella che costituisce un raggio luminoso, denominata fotone, è proporzionale alla frequenza della radiazione da essa contenuta. Quest’affermazione, in base alla quale l’energia contenuta in un fascio luminoso viene trasferita in unità individuali o quanti, dieci anni dopo venne confermata sperimentalmente da Robert Andrews Millikan². Il terzo e forse il più ,conosciuto studio, reca il titolo “Elettrodinamica dei corpi in movimento” frutto di un lungo e attento studio della meccanica classica di Isaac Newton, delle modalità dell’interazione fra radiazione e materia, e delle caratteristiche dei fenomeni fisici osservati in sistemi in moto relativo, l’uno rispetto all’altro. In questo studio, fu inserita anche la celebre formula E=mc², che gli valse in seguito il premio Nobel per la fisica nel 1921.

Nel 1916 pubblica la memoria “I fondamenti della teoria della Relatività generale”, frutto di oltre dieci anni di studio. Questo lavoro è considerato dal fisico stesso il suo maggior contributo scientifico e si inserisce nella sua ricerca rivolta alla geometrizzazione della fisica.

Intanto, nel mondo i conflitti fra le nazioni avevano preso fuoco, tanto da scatenare la prima guerra mondiale. Durante questo periodo fu tra i pochi accademici tedeschi a criticare pubblicamente il coinvolgimento della Germania nella guerra. Tale presa di posizione lo rese vittima di gravi attacchi da parte di gruppi di destra; persino le sue teorie scientifiche vennero messe in ridicolo, in particolare appunto la teoria della relatività.

Con l’avvento al potere di Hitler, Einstein è costretto a emigrare negli Stati Uniti, dove gli viene offerta una cattedra presso l’Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey. Di fronte alla minaccia rappresentata dal regime nazista egli rinunciò alle posizioni pacifiste e nel 1939 scrive assieme a molti altri fisici una famosa lettera indirizzata al presidente americano Franklin Delano Roosevelt, nella quale veniva sottolineata la possibilità di realizzare una bomba atomica. La lettera segnò l’inizio dei piani per la costruzione dell’arma nucleare.

Einstein ovviamente disprezzava profondamente la violenza, e conclusi quei terribili anni, s’impegnò attivamente contro la guerra e le persecuzioni razziste, compilando una dichiarazione pacifista contro le armi nucleari.

Più volte poi, ribadì la necessità che gli intellettuali di ogni paese dovessero essere disposti a tutti i sacrifici necessari per preservare la libertà politica e per impiegare le conoscenze scientifiche a scopi pacifici.

Morì, a Princeton, il 18 aprile 1955, circondato dai più grandi onori.

¹ si basa su due postulati: a) tutte le leggi fisiche sono le stesse in qualsiasi sistema di riferimento.

b) invarianza della velocità della luce

² Robert Andrews Millikan (1868-1953) fisico statunitense