Il mistero di una Origine

1. Il mistero di una Origine Angelo Tartaglia

2. Una domanda antica • Come è cominciato tutto quanto? • Miti e cosmogonie • Qualcosa esiste da sempre • L’oceano primordiale • Il caos informe • Qualcosa accade: le forme del mondo “nascono” Angelo Tartaglia 2

3. La novità biblica - In principio Dio creò il cielo e la terra. - La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque. Genesi, I,1-2 Angelo Tartaglia 3

4. L’universo si amplia • Cielo e terra (la terra è piatta e contornata dall’acqua) • Terra e cieli: la terra è tonda e al centro, intorno ruotano i cieli con sole, pianeti e stelle fisse • Il centro è il sole e terra e pianeti gli ruotano attorno

5. Secoli: XVIII-XIX-inizi XX • L’universo non ha un centro • L’universo è una sterminata distesa di stelle distribuite più o meno uniforme-mente nello spazio • L’universo è eterno e sostanzialmente immutabile

6. Dubbi: il paradosso di Olbers, 1826 Perché di notte il cielo è buio? Angelo Tartaglia 6

7. La “morte termica” Se il calore passa sempre dai corpi caldi a quelli freddi (secondo principio della termodinamica) l’universo necessariamente evolve verso uno stato in cui tutto è alla stessa temperatura e più nulla evolve. Perché non siamo già nello stato perfettamente omogeneo e disordinato? Angelo Tartaglia 7

8. Einstein e la relatività generale, 1915-16 • Il tempo non è altro rispetto all’universo, ma ne fa parte, come lo spazio e la materia • Le misure separate di spazio e di tempo dipendono dall’osservatore • Materia ed energia sono una cosa sola • La materia “incurva” lo spazio-tempo • L’universo è una distesa illimitata e omogenea di stelle Angelo Tartaglia 8

9. Il primo cosmo di Einstein, 1917 • Statico • Illimitato, ma finito (come la superficie di una sfera) • L’universo risulta instabile: dovrebbe implodere • Einstein introduce un termine ad hoc nelle sue equazioni per impedire l’implosione: la costante cosmologica Angelo Tartaglia 9

10. Relatività generale e cosmologia • 1922: Alexander Friedman • 1927: Georges Lemaître Le equazioni di Einstein implicano che un universo omogeneo e isotropo debba espandersi Angelo Tartaglia 10

11. Scoperte astronomiche • Hubble 1925: le stelle non sono distribuite uniformemente, ma si raggruppano in galassie Angelo Tartaglia 11

12. Una tipica galassia ~ 100 miliardi di stelle come il Sole Angelo Tartaglia 12

13. Guardando in un punto qualsiasi

14. Edwin Hubble, 1929 • Le galassie si allontanano mediamente una dall’altra con una velocità proporzionale alla distanza. • L’universo si espande come aveva previsto Friedman e secondo una legge anticipata da Lemaître Angelo Tartaglia 14

15. C’è un inizio? • Andando indietro nel tempo si arriva ad uno stato di densità di energia tendenzialmente infinita • Il “Big Bang”: Fred Hoyle, 1948, proponendo la cosmologia dello stato stazionario • Dal Big Bang sono trascorsi circa 13,7 miliardi di anni Angelo Tartaglia 15

16. La costante cosmologica viene accantonata Much later, when I was discussing cosmological problems with Einstein, he remarked that the introduction of the cosmological term was the biggest blunder of his life.   George Gamow, My World Line, 1970 Angelo Tartaglia 16

17. Big bang e big crunch • L’universo di Friedman/Le Maître può essere “aperto” o “chiuso”. Angelo Tartaglia 17

18. L’espansione continuerà per sempre? Fattore di scala Coi dati attuali sì Tempo Angelo Tartaglia 18

19. Fred Hoyle e la cosmologia dello stato stazionario • Riconosce la legge di Hubble • Ne dà conto introducendo un “creation field” • L’espansione è compensata da creazione spontanea e continua di nuova materia nello spazio • La quantità necessaria, 1 atomo di idrogeno per km3 all’anno, non è direttamente osservabile Angelo Tartaglia 19

20. Cosmologia e metafisica • L’ipotesi di Hoyle non è assoggettabile a verifica diretta • La motivazione della teoria sta in convinzioni a priori • L’idea della creazione continua è« ... attraente specialmente quando unita all'obiezione estetica mossa alla creazione di un universo nel remoto passato. Dal momento che è contro lo spirito della ricerca scientifica riferirsi ad effetti osservabili come derivanti da cause sconosciute alla scienza, e questo è ciò che in linea di principio implica la creazione nel passato.» Angelo Tartaglia 20

21. Il principio cosmologico perfetto • Hermann Bondi e Thomas Gold: • Nell’universo non esistono né posizioni speciali né momenti speciali Angelo Tartaglia 21

22. La radiazione cosmica di fondo • Nel 1964 Arno Penzias e Robert Wilson scoprono un segnale a micro-onde proveniente da tutto il cielo. • La radiazione corrisponde a quella di un “corpo nero” a 2,725 K (-270,475 °C). • È quello che ci si aspetta da un gas che si espanda “adiabaticamente” a partire da 3000 K in 13,7 miliardi di anni Angelo Tartaglia 22

23. Il cielo a microonde Temperatura iniziale: ~ 3000 K Temperatura oggi: 2,725 K Angelo Tartaglia 23

24. Le fasi iniziali • Età del fondo a microonde: ~ 380.000 anni • La fisica conosciuta arriva fino a circa 10-44 secondi dal “big bang”. • Prima le teorie esistenti non sono più applicabili Angelo Tartaglia 24

25. Le ultime novità • Adam Riess con un’ampia collaborazione di astrofisici nota che i dati di luminosità delle supernove di tipo Ia suggeriscono che l’espansione dell’universo sia accelerata (1998) • Ritorna in gioco la costante cosmologica Angelo Tartaglia 25

26. L’universo col senno di oggi Angelo Tartaglia 26

27. Oggi l’universo (della fisica) è pieno di fantasmi • La materia “visibile” è circa il 4% del totale • Si parla di un 23% di materia “oscura” • Il 73% è energia “oscura” Angelo Tartaglia 27

28. Universo e universo visibile Guardando lontano si guarda indietro nel tempo, non oltre 14 miliardi di anni. tempo Noi siamo qui Cosa c’è qui? Angelo Tartaglia 28

29. Universo e statistica • Se l’universo è infinito ed eterno tutto quello che può accadere, per quanto improbabile, accade.

30. Universo, universi, multiverso… Noi Altre costanti e altre leggi? Angelo Tartaglia 30

31. L’universo è tarato su di noi? • Dicke (1957): 'L'età dell'universo "ora" non è casuale ma condizionata da fattori biologici ... [cambiamenti nei valori delle costanti fondametali della fisica] precluderebbero l'esistenza dell'uomo per considerare il problema.' Angelo Tartaglia 31

32. Carter (1973): "the Universe (and hence the fundamental parameters on which it depends) must be such as to admit the creation of observers within it at some stage. To paraphrase Descartes, cogito ergo mundus talis est." Il principio antropico (forte) Angelo Tartaglia 32

33. Principio antropico e finalismo • Barrow e Tipler: "The Universe must have those properties which allow life to develop within it at some stage in its history." • Progetto intelligente? • Il nostro è solo uno di infiniti coesistenti universi possibili? • Tautologia irrilevante? Angelo Tartaglia 33

34. Numeri • 7 miliardi di esseri umani sulla terra • ~ 100 miliardi di sistemi solari nella Via Lattea • ~ 100 miliardi di galassie nell’universo visibile • L’universo non ha nessun centro Angelo Tartaglia 34

35. Tiriamo le somme Siamo proprio piccoli… Da così a così Angelo Tartaglia 35

36. Qualcosa l’abbiamo capito • Tantissimo resta da capire • Qualcosa non lo capiremo mai “Ci son più cose in cielo e in terra,.., di quante ne sogni la tua filosofia…” Shakespeare, Amleto Angelo Tartaglia 36

37. … Quando ponevo le fondamenta della terra, tu dov’eri?...Chi ha fissato le sue dimensioni … o chi ha teso su di essa la corda per misurare? Dove sono fissate le sue basi …? Hai tu considerato quanto si estende la terra?... Qual è la strada dove abita la luce e dove dimorano le tenebre …? Giobbe, 38, … Angelo Tartaglia 37

38. Egli mi diede la vera nozione delle cose, sapere l’ordine dell’universo e la virtù degli elementi, … i cicli annuali e la posizione delle stelle, la natura degli animali e gli istinti delle bestie … quanto è nascosto e palese … la sapienza, artefice di tutto, me lo insegnò Sapienza, 7, 17-21 Angelo Tartaglia 38