Astronomia, spazio e tempo

Se ci sono 400 miliardi di stelle nella sola Via Lattea, e forse 400 miliardi di galassie nell'Universo, è ragionevole pensare che là fuori - 14 miliardi di anni dopo il Big Bang - esistano o siano esistite altre civiltà, avanzate almeno quanto la nostra. È l'enormità dei numeri a pretenderlo. Ma allora perché non abbiamo mai incontrato, se non specie aliene in carne e ossa, almeno qualche loro messaggio, artefatto o traccia? «Dove sono tutti quanti?»: è questa la domanda che il premio Nobel Enrico Fermi pose, per svago, ad altri fisici suoi colleghi, in una bella giornata estiva del 1950. E questo suo paradosso ancora aspetta soluzione. Gli extraterrestri sono già qui, ma non ce ne siamo accorti; oppure ci mandano messaggi, ma non li sentiamo; o invece non esistono affatto. Scienziati, filosofi, storici (ma anche i più creativi autori di fantascienza) hanno avanzato le ipotesi più varie, dai più vari punti di vista di ogni branca della scienza. Stephen Webb - fisico teorico e appassionato collezionista di possibili risposte al paradosso - presenta nel dettaglio le 75 soluzioni più stringenti e interessanti, regalandoci una seconda edizione del suo libro, aggiornata e generosamente ampliata con 25 nuovi capitoli. Un potente e inconsueto esercizio intellettuale per gli amanti della scienza e del pensiero speculativo.

Perché siamo più produttivi quando abbiamo molto da fare mentre nei momenti di relax ci pare di non riuscire a combinare niente? Perché ci sembra che la nostra prima storia d'amore sia durata molto più a lungo di quanto sia avvenuto in realtà? Possiamo in qualche modo controllare e plasmare la nostra percezione dello scorrere dei giorni, delle ore, dei secondi? E ancora, che forma ha il tempo? È una retta, come la freccia di Zenone e il suo tragitto impossibile? È un cerchio, come il ciclico calendario dei Maya? O ha il volto dell'astronauta Scott Kelly che, tornato sulla Terra dopo aver passato 520 giorni in orbita, era invecchiato 5 millisecondi in meno rispetto al gemello rimasto a casa? Alan Burdick ci invita a un curioso viaggio nel mondo del tempo: dalle meridiane e dalle clessidre ad acqua dell'antichità all'invenzione del secondo; dall'UTC, il Tempo Universale Coordinato, che regola tutti gli orologi del pianeta, alle scoperte sul ritmo circadiano, il nostro naturale orologio interno; dalle teorie di Einstein sulla dilatazione temporale al caso del musicista Clive Wearing che, persa d'improvviso la memoria, si ritrovò a vivere in un eterno presente. Con "Perché il tempo vola" il Saggiatore propone un'originale riflessione attorno alla dimensione che forse più di tutte influisce sulla nostra vita affettiva e lavorativa. Un percorso che attraversa la fisica, la filosofia e la letteratura, unendo sant'Agostino e Richard Feynman, il «presente specioso» di William James e i viaggi nel futuro di H.G. Wells, gli esperimenti di Michel Siffre - che trascorse più di duecento giorni in un laboratorio isolato sottoterra per indagare la percezione del tempo in condizioni di deprivazione sensoriale - e la lingua pirahà, quasi priva di riferimenti temporali. Per porre domande le cui risposte inevitabilmente aprono ad altri quesiti: perché se c'è una cosa sulla quale abbiamo sempre trovato il tempo di interrogarci è, per l'appunto, il tempo.

Guardatevi attorno. Tutto quello che vedete esiste esclusivamente grazie a una tra i miliardi e miliardi di stelle che compongono l'universo: il Sole. Senza il Sole non ci sarebbero la luce, il calore, la gravità e, in definitiva, la vita. Ma che cosa rende questo astro tanto speciale? Che cosa rende possibile quello che è stato impossibile in qualunque altro luogo - per quanto ne sappiamo - nelle infinite profondità del cosmo? In quale modo una potenza capace di originare venti che viaggiano a centinaia di chilometri al secondo riesce a mantenere in equilibrio la Terra e i pianeti e satelliti vicini senza disintegrarli o abbandonarli a un'eterna deriva interspaziale? "Viaggio al centro del Sole" ci consente di esplorare tutti i segreti della nostra stella madre: dai 170 000 anni che un fotone impiega per arrivare all'esterno dal centro del Sole, agli 8 minuti e 20 secondi che gli sono necessari per raggiungere la crosta terrestre; dalle macchie solari, studiate già da Galileo, agli imprevedibili e fugaci «brillamenti», uno sprigionamento di energia pari a quello di 170 milioni di bombe atomiche cui dobbiamo alcune delle più spettacolari aurore dei nostri cieli; dalle teorie sull'origine del Sole fino alle ipotesi su ciò che avverrà alla sua morte, tra circa 5 miliardi di anni. Un racconto che ripercorre i millenni di osservazioni a occhio nudo, i secoli di osservazioni al telescopio e i decenni di osservazioni dallo spazio; le storie degli scopritori dei misteri dell'energia - tra i quali figura anche l'insospettabile medico di bordo di una nave - e dei pionieri dell'esplorazione del cosmo. Con "Viaggio al centro del Sole" la fisica Lucie Green, grazie a una prosa di rara chiarezza e alla sua profonda competenza scientifica, ci guida attraverso il tempo e la materia a vedere da vicino le tempeste geomagnetiche, le eruzioni sulla superficie del Sole, e ancora oltre - fino a sfiorare con la mente un nucleo che arde a più di 15 milioni di gradi.

Abitiamo un sottile guscio sferico, di pochi chilometri di spessore, intorno alla superficie della Terra. Anche se esploriamo gli abissi più profondi dell'oceano o scaliamo le vette dell'Himalaya, il nostro regno ha dimensioni ridicole. Per questo, se riflettiamo su quelle dell'universo, ci resta una sensazione di lieve sgomento. Non solo. Il nostro piccolo mondo è anche popolato di chimere, fantasmi e terribili inganni: pensiamo che quello che percepiamo sia reale, invece tutto cambia appena ci allontaniamo dall'angolo tranquillo in cui si svolge la nostra esistenza. Quando cerchiamo di capire i fenomeni che si osservano nel meraviglioso tappeto di galassie che ricopre la volta stellata, o quelli che caratterizzano la materia nei suoi componenti elementari, dobbiamo rinunciare alle certezze che governano la nostra vita e intraprendere un viaggio vertiginoso che lascia senza fiato. Guido Tonelli, fisico al Cern di Ginevra e uno dei padri della scoperta del bosone di Higgs, ci fa compiere questo viaggio irripetibile, al cospetto di fenomeni straordinari. Fino a raggiungere il non-luogo del non-tempo da cui tutto ha avuto origine e dove possiamo dar voce a quell'istinto che si annida dentro di noi quando continuiamo a chiederci da dove viene la meraviglia che ci circonda. Il mito e la scienza hanno in fondo la stessa funzione, dal momento che "ogni società si costituisce attorno a una cosmologia. E nessuna civiltà, grande o piccola che sia, può reggersi senza il grande racconto delle origini".

Quando l'uomo ha cominciato a scrutare il cielo? Da sempre, a giudicare dai dipinti paleolitici che ricoprono le grotte di Lascaux e ritraggono, fra bisonti e cavalli selvaggi, gruppi di astri e fasi lunari. In ogni epoca, il fascino misterioso della notte stellata ha portato gli uomini a interrogarsi sulla forma dell'universo. E a indagarlo con ogni mezzo a disposizione. In questo libro un astrofisico ci guida attraverso otto successive rappresentazioni del cosmo, da quella concepita dagli ignoti costruttori di Stonehenge a quella del nostro secolo, ottenuta grazie ai raffinati strumenti dei telescopi e delle sonde spaziali. Mappe che rivelano le sorprendenti intuizioni degli antichi, la genialità della visione di Dante, i profondi cambiamenti prodotti nella mentalità scientifica e nella cultura europee, fra Cinquecento e Seicento, dallo smantellamento delle sfere celesti, che aprì lo sguardo sullo spazio infinito. Quadri che diventano via via più dettagliati e precisi, come quello disegnato da Keplero, che fissò le leggi della danza ordinata dei pianeti intorno al Sole, o quello di Newton, che descrisse l'insieme dei movimenti celesti e terrestri con un'unica equazione matematica. Fino all'ottavo scenario, con la rivoluzionaria architettura spazio-temporale pensata da Einstein e la scoperta di quel mare di microonde, residuo del Big Bang, che ha aperto una finestra sull'universo primordiale. Nel racconto di Marco Bersanelli l'avventura cominciata ventimila anni fa di fronte allo spettacolo del cielo diventa un romanzo. Una storia emozionante che si sviluppa intorno alla perenne ricerca condotta dall'uomo per rispondere al mistero delle proprie origini.

Da quando l'uomo ha alzato per la prima volta gli occhi al cielo ha cominciato a farsi domande, ma è quello in cui stiamo vivendo ora il periodo della più grande fioritura della conoscenza astronomica. La tecnologia di oggi consente infatti di risolvere alcuni dei più grandi enigmi dell'universo. L'Atlante illustrato dell'Universo racchiude tutte queste scoperte e conoscenze umane. Si comincia con lo studio del nostro pianeta, la Terra, e del suo satellite naturale, la Luna. Poi, capitolo per capitolo, vengono focalizzate aree sempre più vaste del cosmo sino ad arrivare alle 88 costellazioni, alle nebulose e alle galassie. Concepito, scritto e illustrato da un gruppo di astronomi, cartografi e insegnanti questo volume è una sorta di "passaporto" per il cosmo.

Da quando l’uomo ha iniziato a misurare lo spazio intorno a sé non ha mai finito di stupirsi. Una domanda apparentemente banale come «dove siamo?» non ha mai avuto una risposta semplice né definitiva. Nella storia, ogni volta che abbiamo provato a fare il punto è successo qualcosa che ha rimesso tutto inesorabilmente in discussione. Lo spazio si allarga, il «dove» diventa sempre più grande, e non solo per effetto del Big Bang e dell’espansione dell’Universo: è proprio la nostra percezione dello spazio che si è fatta col tempo più grande e complessa, rendendo noi uomini sempre più piccoli, immersi in un «dove» che oggi è diventato immenso. In poche pagine, dense e scorrevoli, Maccacaro e Tartari ci conducono per mano, dal vaghissimo spazio appena percepito di una vallata, come doveva essere quello di Homo erectus, ai miti cosmogonici più arcaici, ai primissimi sistemi rappresentativi del mondo. Scopriamo che i grandi imperi dell’Età del Bronzo avevano già mappe concettuali raffinate e che le stelle del cielo già indicavano il cammino. Spazio celeste e spazio terrestre si sono intersecati, e nell’antichità classica lo spazio ha visto il suo primo, deciso aumento di dimensioni. Nel Medioevo si perfezionano gli strumenti di calcolo per la navigazione, fino a quando la scoperta di un intero continente rivoluziona radicalmente il nostro «dove» e le esplorazioni successive riempiono rapidamente di nomi le terre incognite delle vecchie pergamene. Con l’età moderna le lenti di vetro ingigantiscono il cielo, si scoprono nuovi pianeti e in breve tempo certe stelle diventano galassie intere, certe teorie deformano letteralmente il mondo e il «dove» si fa elastico, connesso al tempo, immenso e mutevole.

Questo libro ci parla del cosmo e degli sforzi dell'uomo per conoscerlo. In sette brevi saggi, Alan Lightman - astrofisico e narratore - intreccia le più importanti questioni scientifiche con i grandi interrogativi che ne scaturiscono. L'universo in cui viviamo e le leggi fisiche che lo regolano sono un esito obbligato o sono invece un prodotto accidentale tra innumerevoli alternative? Davvero i nostri corpi e le nostre menti possono essere del tutto spiegati dalle leggi della scienza, proprio come la vita di una stella? Come risolvere la contraddizione tra il secondo principio della termodinamica (cioè la natura temporanea del mondo fisico) e l'istintiva aspirazione dell'uomo all'eternità? Capace di spaziare da Dostoevskij ad Einstein, dai miti dell'antichità alla scoperta del bosone di Higgs, l'autore ci conduce là dove la scienza si confronta con la filosofia e la religione. Ciascuno dei sette saggi assume una prospettiva particolare per parlarci dell'universo - accidentale, temporaneo, spirituale, simmetrico, smisurato, regolato, incorporeo - sempre diverso, sempre da conquistare. Un universo che un poco ci turba ma di certo ci affascina.

Come, quando e perché è nato il cosmo? Qual è l'origine del tempo e dello spazio? Come possiamo definire il 'nulla' primordiale? Fino a dove la scienza può risalire alle cause e ai fattori che determinano la realtà? Sono quesiti intorno ai quali si interrogano senza sosta da molti decenni i cosmologi moderni. John Barrow, uno dei più noti scienziati contemporanei, presenta le più recenti ipotesi della fisica sulla natura del tempo, sull''universo inflazionario' e sui 'cunicoli'. Una breve storia dell'Inizio per i non iniziati, che dà occasione di aggiungere alcuni tasselli al mosaico delle conoscenze, senza dimenticare però i limiti del territorio da cui questo sapere è dedotto. Un itinerario affascinante e allo stesso tempo inquietante, dove 'i segreti più profondi sono quelli che rimangono non svelati'.

Dalla fine del XIX secolo, l'Osservatorio astronomico di Harvard iniziò ad assumere alcune donne come "calcolatori umani". L'"harem" - così veniva talvolta deriso il personale femminile - era formato da signore di tutte le età: esperte di matematica, astronome dilettanti, mogli, sorelle e figlie dei professori; alcune laureate, altre semplicemente appassionate. Attraverso l'"universo di vetro" che avevano a disposizione, formato da circa mezzo milione di lastre fotografiche su cui erano impresse le immagini delle stelle, queste studiose fecero alcune scoperte straordinarie: svilupparono un sistema di classificazione che fu accettato a livello internazionale ed è ancora in uso; intuirono la verità sulla composizione chimica dei cieli, e definirono una scala per misurare le distanze nello spazio. Alla loro storia Dava Sobel dedica il suo libro più appassionato, arricchito dai testi inediti di diari e lettere: "Quando hanno letto i nomi dei membri" scrive Annie Jump Cannon, una delle protagoniste, "mi sono assai meravigliata di scoprire che ero stata inserita nella Commissione per la classificazione degli spettri stellari, e una delle esperienze inattese è stata la riunione con i suoi membri. Sedevano a un lungo tavolo, quegli uomini provenienti da varie nazioni, e io ero l'unica donna". Era stata lei a studiare per anni gli spettri stellari, e fu lei a parlare per tutto il tempo.

Margherita Hack, una delle astrofisiche più note al mondo, ci accompagna nell'avventura della cosmologia. Siamo oggi in grado di ricostruire ciò che era alle origini l'universo: un acceleratore di enorme potenza, fatto di quark e fotoni che si suppongono governati da un'unica forza fondamentale. Seguendo l'espansione dell'universo primordiale, la nuova astronomia ne ripercorre le varie fasi, cercando conferme a teorie e risposte a interrogativi insoluti. Un viaggio nello spazio e nel tempo: dalle stelle più vicine alle remote quasar, dall'origine dell'universo alla sua possibile evoluzione.

Come elaborare un modello teorico generale in grado di descrivere l'universo in modo unitario e coerente? È questa la domanda cruciale che accompagna la ricerca scientifica ormai da un secolo, da quando nel primo Novecento la teoria della relatività generale e la meccanica quantistica rivoluzionarono il nostro modo di concepire i meccanismi della natura: entrambe assolutamente efficaci e capaci di spiegare fenomeni fisici fondamentali, le due teorie rispondono in modo diverso a questioni decisive ma ancora irrisolte, suscitando controversie anche tra i maggiori fisici al mondo. Ieri Bohr ed Einstein, oggi Hawking e Penrose, che in questo libro partono da posizioni differenti per confrontarsi sui punti fondanti della natura dell'universo: dal big bang allo spazio-tempo, fino ai buchi neri, il loro incontro è un'occasione unica per assistere al dibattito scientifico contemporaneo al suo massimo livello, osservare passo dopo passo il farsi - e disfarsi - delle teorie più visionarie, e andare al cuore delle questioni matematiche e concettuali più sfidanti per la comprensione della realtà. Un incontro straordinario tra due protagonisti assoluti della fisica mondiale, un dialogo sorprendente che illustra in modo esemplare il fascino e la meraviglia delle leggi che regolano la natura e l'universo.