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Il cosmo intelligente. Le nuove scoperte sulla natura e l´ordine dell´universo

Paul Davies
Trad. di Marco Silari
Mondadori-De Agostini, Novara 1994
pp. 279
ISBN:
8804473770

In questo libro Paul Davies analizza le scoperte fisiche e cosmologiche del periodo che va dagli anni ’50 agli anni ’80, avanzando l’ipotesi del cosiddetto “universo intelligente”. Si parte dalla convinzione comune, suffragata dalla teoria del Big Bang, che l’universo sia in continua espansione; da questa constatazione si formula la prima domanda: “qual è la sorgente di questa sbalorditiva potenza creativa?”. Ed, andando ancora più a fondo: “esiste, per usare una metafora, un “disegno cosmico”?”.  Il primo excursus storico del libro va dall’analisi del paradigma newtoniano a quella del paradigma termodinamico, che rappresentano l’universo o come una sterile macchina o in uno stato di degenerazione e decadimento. Al di sopra di queste due teorie, sovrasta quella del Big Bang, il paradigma dell’universo creativo, che riconosce il carattere progressivo, innovativo dei processi fisici. È con questo nuovo paradigma che si apprende che la materia e l’energia non sono distribuiti né uniformemente né casualmente, ma sono organizzate in strutture chiaramente coerenti, talvolta dotate di grande complessità; caratteristica sorprendete di una struttura creata in questo modo, è che essa possa prosperare infinitamente, cioè che la creazione dell’universo è un processo continuo, al quale, l’esplosione del Big Bang ha solo dato la spinta iniziale.

Materia ed energia sono i costituenti della natura che ci circonda, dotata di ordine, unità e armonia, che possono essere spiegati, nel miglior modo possibile, dalle leggi fisiche. I greci ammiravano questa armonia, tanto da considerare l’universo come una specie di organismo gigantesco, scivolante in maniera sistematica e sorvegliata verso un destino predeterminato. Con il perfezionarsi del metodo scientifico, e soprattutto grazie alla scoperta newtoniana della forza di gravità, che tiene legati i pianeti al Sole, facendo loro descrivere traiettorie ellittiche, venne dimostrato che i corpi celesti non si trovano in moto perenne ed autonomo, ma obbediscono alle leggi universali del moto. Solo la gravità agisce su distanze cosmologiche, andando a costituire il vero motore del cosmo: essa è responsabile della struttura su grande scala dell’universo, ed è all’interno di questa struttura che operano altre forze. Grazie a tale forza, Newton fu in grado di spiegare molto accuratamente e dettagliatamente, il funzionamento del sistema solare: se ne dedusse, come conseguenza, che se qualunque particella di materia è soggetta alle leggi di Newton, così che il suo moto è completamente determinato dalle condizioni iniziali e dall’insieme di forze generato da tutte le altre particelle, tutto quello che accade nell’universo, fino al più piccolo movimento di ogni singolo atomo, deve essere fissato fin nel minimo dettaglio. Questa deduzione venne resa esplicita dal fisico francese Pierre Laplace; il corollario ultimo della posizione laplaciana è che se il futuro è completamente determinato dal presente, allora, in un certo senso, il futuro è già contenuto nel presente, tanto da poter affermare che passato e futuro non avrebbero alcun significato reale. Con l’analisi delle leggi del moto newtoniane, inoltre, si poteva affermare la possibilità della reversibilità della freccia del tempo, anche se l’esperienza empirica umana dimostra che tale possibilità non possa essere mai verificata.

Una prima spiegazione dell’irreversibilità del tempo venne data a metà del XIX secolo dalla teoria della termodinamica, grazie al “secondo principio della termodinamica”, che afferma che il calore non può fluire spontaneamente da un corpo freddo ad un corpo caldo. Questa formulazione diede origine al concetto di “entropia”, che può essere considerata come una misura della potenza dell’energia in forma di calore di ogni struttura o sistema fisico. Per comprendere al meglio il concetto di “entropia”, Davies si rifà alle spiegazioni che James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann diedero del “secondo principio della termodinamica”. Essi svilupparono una teoria cinetica dei gas, nella quale il gas veniva trattato come un insieme enorme di molecole in perenne moto caotico, in collisione l’una con l’altra e con il sistema fisico in cui erano immersi. Analizzando il moto delle singole particelle si arrivò alla deduzione che esiste effettivamente una freccia del tempo, che va però da uno stato di massimo ordine, ad uno stato di massimo disordine. Lo stato di “massimo disordine” è quello che può essere ottenuto nel maggior numero di modi; una volta che il gas ha raggiunto questo stato è molto probabile che lo mantenga. Lo stato di massimo disordine corrisponde, perciò, alla condizione di equilibrio termodinamico, facendo sì che la prova di Boltzmann dimostrasse come il “secondo principio della termodinamica” faccia aumentare l’entropia finché questa non raggiunge un massimo, cioè l’equilibrio termodinamico del sistema analizzato. Nel 1854, sulla scia di quanto dimostrato da Boltzmann e Maxwell, Hermann von Helmholtz affermò che l’aumento dell’entropia che accompagna qualunque processo naturale, può solo condurre alla fine alla cessazione di tutte le attività in ogni parte dell’universo, dato che l’intero cosmo scivola inevitabilmente verso uno stato di equilibrio termodinamico. Questa posizione è conosciuta come la “morte termica” dell’universo.

Dato che l’universo “progredisce” verso stati di materia ed energia sempre più sviluppati ed elaborati, è stato possibile affermare che qualsiasi sistema fisico non ha soltanto un percorso unica da seguire, ma può scegliere fra una serie di alternative possibili. L’esistenza stessa delle leggi naturali rappresenta un tipo di ordine che si manifesta, trasversalmente, nelle varie regolarità della natura stessa. Partendo dall’affermazione comunemente condivisa che l’emergenza dell’ordine sia in realtà una forma di organizzazione, Davies si chiede se sia possibile quantificare  l’organizzazione o la complessità, esponendo alcuni approcci molto interessanti, fra i quali è bene ricordare  quello elaborato dal biologo Robert Rosen. Rosen ha sottolineato che una caratteristica fondamentale dei sistemi complessi è costituita dal fatto che è possibile interagire con loro in molti modi diversi, riconoscendo quindi l’importanza di qualcosa di soggettivo al loro interno. Infatti, come afferma lo stesso Rosen, “non è tanto quello che un sistema è che lo rende complesso, ma quello che fa; emerge quindi l’esistenza di un elemento teleologico, nel quale la complessità ha un fine. Prendendo in considerazione i sistemi che si allontanano dall’equilibrio termodinamico, si nota che essi tendono ad essere aperti all’ambiente che li circonda. Una metodologia di analisi per queste tipologie di sistemi è stata la teoria delle “strutture dissipative”, elaborata da Ilya Prigogine, che afferma che una struttura dissipativa sopravvive solo finché viene rifornita di energia dall’ambiente esterno. Tale scambio costituisce la notevole abilità autoadattante posseduta dai sistemi lontani dall’equilibrio. Se l’attività organizzata in un sistema chiuso decade inevitabilmente in accordo con il “secondo principio della termodinamica”, in una struttura dissipativa essa sfugge a tali effetti degenerativi, esportando entropia nell’ambiente che circonda il sistema stesso. In questo modo, benché l’entropia totale dell’universo continui ad aumentare, la struttura dissipativa mantiene il suo grado di ordine e coerenza, potendo persino accrescerlo. Per questo l’universo è capace di incrementare contemporaneamente la sua organizzazione e la sua entropia. Secondo Prigogine, inoltre, l’instabilità dell’universo produce ordine dal caos: è come se, mentre l’universo gradualmente evolve a partire dalla sua semplice struttura originaria, materia ed energia si evolvessero continuamente seguendo vie alternative allo sviluppo.

Quando l’analisi di queste considerazioni viene spostata in laboratorio, si osserva che materia e antimateria sono sempre prodotte simmetricamente; tuttavia l’universo, quasi unicamente, di materia, per questo Davies si chiede che cosa sia accaduto all’antimateria. L’ipotesi addotta dall’autore è che qualche processo, nei primi istanti del Big Bang, ruppe la simmetria materia-antimateria permettendo la produzione di un eccesso di materia. La storia dell’universo può perciò essere vista come una successione di rotture di simmetria al diminuire della temperatura. La fine dell’espansione costituì la prima grande rottura di simmetria: fu un passaggio assolutamente irreversibile, che impresse all’universo una freccia del tempo che sopravvive fino ad oggi. Il costante dispiegamento di ordine cosmico ha condotto alla formazione di strutture complesse ad ogni scala di grandezza: una di queste strutture è la vita stessa, che ha agito in modo tale da mantenere le condizioni indispensabili per la propria sopravvivenza e il proprio avanzamento. La vita è un bellissimo esempio di sistema autoregolamentato, che ha al suo interno anche una caratteristica teleologica; infatti la vita si è adattata come se prevedesse una qualche minaccia e agisse in maniera da eliminarla. Il fatto stesso che l’universo sia creativo, e che le sue leggi hanno consentito la comparsa e lo sviluppo di strutture complesse fino al livello della coscienza è, per Davies, una prova considerevole che “vi è qualcosa dietro a tutto ciò. L’impressione dell’esistenza di un disegno globale è schiacciante. La scienza può spiegare tutti i processi per mezzo dei quali l’universo si costituisce il proprio destino, ma ciò lascia comunque aperta la possibilità che vi sia un significato oltre l’esistenza”.

Elisabetta Micucci