La teoria di Kant-Laplace per la formazione del sistema solare trova uno spazio inaspettato nell’opera di Georges Lemaître The Primeval Atom (1946), nella quale il fisico e sacerdote belga ipotizza che l’espansione dell’intero universo fisico abbia avuto inizio da un oggetto estremamente compatto, una sorta di “atomo primordiale”. In quel volume, introducendo un abbozzo della teoria del Big Bang, George Lemaître offre una carrellata storica delle varie visioni del mondo, includendovi anche questa, riferita alla formazione del sistema solare. In realtà, come osserva Lemaître, l’ipotesi di Kant si estende al di là del sistema solare e suggerisce un meccanismo – di fatto solo intuitivo e senza basi scientifiche in senso stretto – applicabile al cosmo nel suo insieme.
Sia Kant che Laplace pensavano che la formazione dei pianeti fosse avvenuta a partire da una quantità di “materiale residuo” alla formazione del Sole, che si scompose a formare una serie di anelli concentrici a distanze via via crescenti dall’astro centrale. Dal materiale presente in tali anelli si sarebbero poi condensati i diversi pianeti. Kant – osserva Lemaître – non si limita a descrivere la formazione del sistema solare, ma ritenendo che i pianeti abbiamo densità inferiore al crescere dalla distanza del sole, essendosi formati da un’atmosfera sempre più rarefatta, impiega questa considerazione per dedurre le proprietà degli ipotetici abitanti di questi pianeti… Le proprietà di leggerezza e di sottigliezza, più evidenti a maggiore distanza dal Sole, darebbero origine a creature più intelligenti e speculative (!). La visione “cosmogonica” di Kant – osserva ancora Lemaître – va ben oltre la formazione per aggregazione di particelle dei pianeti del sistema solare, e giunge ad ipotizzare “aggregazioni di aggregazioni”, analogamente a come oggi noi descriviamo gli ammassi e i superammassi di galassie.
Per quanto riguarda la formazione del sistema solare, il modello di Laplace, a differenza di quello di Kant, si sviluppa ipotizzando il Sole già formato e in rotazione, con un’atmosfera estremamente estesa, oltre la distanza alla quale si sarebbe formato il pianeta più lontano. Non conoscendo ancora la fonte di energia delle stelle, Laplace riteneva che il Sole avrebbe iniziato a raffreddarsi irradiando il suo calore. In risposta a questo raffreddamento, con la diminuzione della pressione esercitata dai gas, il Sole si sarebbe contratto. Secondo la legge di conservazione del momento angolare, la diminuzione delle dimensioni sarebbe stata accompagnata da un aumento della velocità di rotazione del Sole. L'accelerazione centrifuga avrebbe spinto il materiale dell'atmosfera verso l'esterno, mentre l'attrazione gravitazionale l'avrebbe tirato verso la massa centrale; quando queste forze avrebbero raggiunto un equilibrio, sarebbe rimasto un anello di materiale nel piano dell'equatore del Sole. Questo processo avrebbe poi condotto alla formazione di diversi anelli concentrici, ognuno dei quali si sarebbe poi condensato per formare un pianeta.
La cosmogonia di Kant
Kant immagina la materia primitiva formata da particelle di densità molto diverse e ripartite uniformemente nello spazio.
Questo stato di natura gli sembra essere «il più semplice che sia potuto seguire al nulla». Egli suppone poi che esista un punto in cui l'attrazione agisce con più energia che negli altri luoghi, suppone cioè che l'omogeneità della distribuzione [della materia] non sia perfetta. È allora verso quel punto che si raccolgono tutte le particelle elementari disseminate nello spazio: «Il primo effetto di questa caduta generale è la formazione, in tale centro di attrazione, di un nucleo dapprima infinitamente piccolo, che si ingrandisce poco a poco appropriandosi della materia circostante per mezzo di una forza sempre proporzionale alla sua massa, che aumenta senza fine».
Questa è la spiegazione della formazione del Sole e sarebbe senz'altro tutto quel che egli avrebbe da dire in proposito se non entrassero in gioco altre forze oltre alla gravità. La natura tiene però in serbo altre forze che si esercitano in modo particolare quando la materia è scomposta in parti molto piccole. Sono forze di repulsione che si manifestano nell'elasticità dei vapori, nella diffusione dei corpi odorosi e nell'espansione della materia gassosa. Questa forza viene designata con l'intraducibile verbo tedesco zurückstoßen, una specie di urto di rimbalzo come quello che due biglie generano l'una sull'altra scontrandosi. L'effetto degli urti è la formazione di uno stato di interazione minimo, in cui le particelle non si scontrano più e descrivono quindi vortici circolari. Le particelle modificano i loro movimenti relativi finché tutte non si muovono nello stesso senso e modificano il loro movimento di caduta verso il Sole, fino a quando non smettono di urtarsi e continuano il loro libero movimento circolare. Tutto ciò è corretto se si tratta di urti anelastici e non di urti elastici tra le particelle, ma questo non viene chiarito da nessuna parte.
Come già sappiamo, si suppone che le particelle possiedano densità assai diverse le une dalle altre. Le particelle più dense subiranno la resistenza delle altre in manierameno forte e potranno perciò avvicinarsi più facilmente al Sole, mentre le particelle leggere si vedranno imporre il movimento circolare a una più grande distanza. I pianeti formati a grande distanza dal Sole saranno allora di densità inferiore rispetto a quelli che si formano vicino al Sole. Si ritrova così la legge delle densità formulata da Newton. Kant trae da questo errore le conseguenze più straordinarie, confermando che quando degli spiriti potenti si ingannano, non si ingannano a metà. Riprendendo l'idea formulata da Fontenelle nel 1686 sulla ‹pluralità dei mondi›, Kant nota che gli abitanti degli altri pianeti devono essere formati da materia più densa o più leggera rispetto alla materia terrestre.
Egli formula la seguente legge generale: «La materia di cui sono formati gli abitanti dei diversi pianeti, gli animali e le piante, deve innanzitutto essere di una natura tanto più leggera e sottile, e l'elasticità delle fibre e nel contempo la conformazione del loro corpo tanto più perfette quanto più gli astri sono lontani dal Sole».
Poiché le facoltà delle creature razionali sono necessariamente dipendenti dalla materia che forma la macchina inabitata dalle loro anime, egli è portato a concludere che sia «più verosimile che l'eccellenza delle creature intelligenti, la prontezza del loro pensiero e la vivacità delle nozioni che ricevono dalle impressioni esterne, come pure la loro facoltà di associarle, e infine anche la rapidità nell'esercizio della loro attività - in una parola tutto il complesso del loro essere morale - debbano essere soggette a una legge precisa, secondo la quale la loro natura morale sarà tanto più perfetta e più eccellente quanto più il loro luogo di abitazione disterà dal Sole. Essendo questa legge stabilita con un grado di verosimiglianza che non differisce molto da una verità dimostrata, l'immaginazione può darsi libero corso rispetto alle qualità di questi diversi abitanti».
E Kant dà infatti libero corso alla propria immaginazione e rimpiange manifestamente di non esser stato abbastanza fortunato da nascere su Giove o Saturno.
La teoria di Kant non è soltanto una teoria sulla formazione del Sistema solare, ma è una teoria cosmogonica nel senso completo della parola, una teoria sull'universo. Kant nota come nell'universo vi siano ciò che egli chiama ‹costituzioni sistematiche›, in tedesco systematische Verfassungen, con cui intende un determinato numero di astri ordinati attorno a un centro comune, intorno al quale essi si muovono senza deviare molto, da una parte e dall'altra, rispetto a un piano passante per il centro. Giove e i suoi satelliti formano una costituzione sistematica; lo stesso vale per il Sole e i suoi pianeti: perché mai le stelle non potrebbero formare una costituzione sistematica in grande? Kant anticipa qui le scoperte successive e intuisce il fenomeno noto come rotazione della galassia. Intuisce che la Via Lattea, che compie il giro del cielo, è, vista in proiezione, il piano di una vasta costituzione sistematica.
Kant va ancora più lontano. Perché non vi potrebbero essere costituzioni sistematiche di galassie simili alla nostra? E perché queste non potrebbero forse coincidere con alcune delle nebulose descritte da Maupertuis nel Discours sur la figure des astres (discorso sulla figura degli astri), uscito a Parigi nel 1742? Vi sarebbero poi ancora costituzioni di queste costituzioni, e così via all'infinito Kant sembra però dimenticare qui un tratto essenziale della sua teoria sulla formazione di una costituzione sistematica che abbiamo esposto poco fa. È necessario avere, oltre all'attrazione newtoniana, qualche forza repulsiva analoga all'effetto degli urti anelastici che si esercitano tra le particelle della materia primitiva.
Non si capisce bene come qualcosa di analogo a questi urti possa esercitarsi tra le stelle affinché queste possano formare una costituzione sistematica in grande, al modo delle particelle primitive che formano la costituzione in piccolo del Sistema solare. Soprattutto, non si capisce come sia possibile trovare un'infinità di sistemi di forze repulsive atte a rendere possibile la serie infinita delle costituzioni sistematiche subordinate. Detto ciò, dobbiamo riconoscere che l'idea non manca di grandezza e che si presta a bellissimi sviluppi di cui riportiamo qualche passaggio: «La creazione, o meglio la formazione della materia, dovette prima di tutto avere inizio in un punto centrale, per estendersi poi progressivamente in ogni direzione e riempire lo spazio infinito, nella successione dell'eternità, dei mondi e dei sistemi di mondi [...]. La regione esterna, indefinita, sarà ancora luogo di disordine e di caos […]. Mentre da una parte la natura invecchia intorno al centro, altrove è sempre giovane e feconda di nuove creazioni. Il mondo formato si trova confinato fra le rovine di un mondo distrutto e il caos della natura informe».
La cosmogonia di Laplace
La terza ipotesi della quale vorrei parlarvi è quella di Laplace. E anche la più conosciuta, cosicché potrò essere più conciso. Essa è abbozzata nella prima edizione di L'exposition du système du monde (l'esposizione del sistema del mondo), datata 1794, e completata nella terza edizione del 1808 per formare, nelle edizioni successive, la nota VII che termina l'opera.
Ci troviamo dunque a quaranta o cinquant'anni di distanza dalla pubblicazione di Kant. Ciononostante, non vi è dubbio che Laplace non conoscesse la cosmogonia di Kant. Il tutto è in gran parte dovuto alle disavventure che colpirono l'opera di quest'ultimo. L'editore era andato in bancarotta nel momento in cui aveva terminato la stampa, la scorta fu sequestrata e l'opera non venne messa in vendita. Kant la pubblicherà parzialmente nel 1763 con un titolo abbastanza straordinario che non avrebbe attirato molto l'attenzione degli astronomi: Der einzis mögliche Beweisgrund zu einer Demonstration des Daseins Gottes (la sola prova possibile dell'esistenza di Dio). Nel 1791 apparve un'edizione della prima metà dell'opera in appendice a un lavoro di Herschel e solo nel 1797 venne pubblicata in estenso. Non vi sono peraltro molti rapporti tra le ipotesi di Laplace e di Kant e a torto si parla spesso di ipotesi di Laplace-Kant.
Per Laplace la nebulosa iniziale è un gas, mentre per Kant è uno sciame di particelle. La nebulosa di Laplace assomiglia a una stella gigante come Antares o Betelgeuse, in cui l'atmosfera si estende su spazi paragonabili a quello che occupa il Sistema solare. Una siffatta nebulosa, che si suppone animata da una rotazione iniziale, si condensa per raffreddamento, emettendo anelli che possono frammentarsi originando i pianeti. L'opera di Laplace è trattata con la sobrietà e la precisione che ci si deve attendere da un matematico di prim'ordine: non vi compare alcunché di rassomigliante alle fantasie filosofiche del tipo di Kant. L'ipotesi di Laplace è stata alla base di lavori matematici importanti prodotti dalle mani di numerosi ricercatori, fra i quali ci accontenteremo di citare Roche e, più di recente, Poincaré e Jeans. L'ipotesi stessa è stata corretta e modificata in diverse maniere senza che nessuna conclusione definitiva sia stata raggiunta. Tra l'altro, queste teorie non forniscono alcuna informazione sull'origine della stellamnebulosa considerata come primitiva.
G. LEMAȊTRE, L'ipotesi dell'atomo primitivo. Saggio di cosmogonia, trad. it. di M. Stenico, Fondazione Museo Storico Trentino, Trento 2019, pp. 156-160.