Da dove viene tutto quanto?

Possiamo dirlo subito, senza tema di smentita. Siamo fatti di cielo, di polvere di stelle, nella gran parte. Anche se non ce lo ricordiamo quasi mai. Fate caso, chi si sofferma mai la mattina (tra caffè, libri, ragazzi da portare a scuola, traffico, ricerca di parcheggio…) , anche solo un momento, a pensare al fatto che siamo totalmente impastati di cielo? 

E non appena in senso poetico, o metafisico (che già sarebbe tanto, beninteso). Ma in senso veramente strutturale. Siamo fatti cioè di materia che è stata elaborata e prodotta nello spazio. E viviamo grazie a ciò che è accaduto – ed accade – nello spazio.

Per rendersene conto in modo molto diretto e concreto, basta guardare questa particolare  tavola degli elementi.

Crediti & Licenza: Wikipedia: Cmglee; Data: Jennifer Johnson (OSU)

L’avrete riconosciuta: non è altro che la classica tavola periodica di Mendeleev con la piccola accortezza di aver aggiunto l’indicazione – per ogni singolo elemento – della sua sede probabile di produzione.

E si scoprono cose interessanti: cose che non sappiamo (o alle quali, appunto, non pensiamo quasi mai) ma che ci riguardano direttamente, cose che evidenziano e rinsaldano il nostro rapporto costitutivo con lo spazio. Lo spazio, infatti – così ci dice inequivocabilmente questa tabella – non è altro da noi, non è sopra la nostra testa. E’ molto più vicino, perché in qualche modo, ne siamo costituiti.

Prendiamo l’idrogeno, presente nel nostro corpo in ogni sua molecola d’acqua, ad esempio. Sapevate che tale elemento è tra le cose più antiche di cui possiamo fare esperienza? Viene infatti direttamente dal Big Bang: non si dà, a nostra conoscenza, alcuna altra modalità apprezzabile per la produzione di idrogeno nell’intero universo. Il carbonio, così come l’ossigeno, è invece prodotto dall’interno delle stelle. Gran parte del ferro nel nostro corpo è stato poi prodotto durante lo scoppio a supernova di stelle (di massa più grande del Sole) che “abitarono” questa parte di spazio, molto tempo fa. L’orolo abbiamo visto di recente – è stato in gran parte prodotto da stelle di neutroni durante drammatiche collisioni, che hanno prodotto (è proprio notizia di questi giorni) impulsi gamma “a vita breve” ed anche eventi di onde gravitazionali.

Capiamoci, non è sempre tutto chiarissimo: per esempio ci sono elementi essenziali, come il rame, di cui ancora non si conosce bene la specifica modalità di produzione. Tematiche aperte, tanto da essere ancora oggetto della ricerca attuale, tramite osservazioni e investigazioni al computer.

Ma la faccenda resta intatta. Siamo fatti di stelle (in gran parte). E siamo comunque totalmente fatti di materia del cielo.

Potrebbe forse bastare, per la ricorrente domanda (lecita, per carità)  sull’opportunità di investire soldi nello studio del cielo. In fondo, studiare il cielo è studiare noi stessi. Ci potremmo infatti quasi domandare – a questo punto, invertendo totalmente la questione – cosa ci possa mai essere, di più importante…

Un Nobel… gravitazionale

Il Nobel per la fisica, l’avrete saputo, va ai fondatori e costruttori di LIGO, lo strumento che ha reso possibile per la prima volta la rilevazione delle onde gravitazionali, queste elusive increspature dello spazio, predette dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma mai viste fino ai tempi più recenti.  E che ci costringono, come molta parte della scienza moderna, a ripensare l’Universo in termini forse un po’ diversi da quelli un po’ meccanicistici,  ai quali siamo abituati.

Sappiamo che si deve alla coppia di interferometri LIGO, se il 14 settebre dell’anno 2015, siamo stati in grado per la prima volta di rilevare queste infinitesimali deformazioni dello spazio tempo, aprendo finalmente una nuova finestra di indagine sull’Universo.

Il Nobel in questo senso, è altamente significativo. Sancisce indelebilmente il trionfo completo, prima di tutto, della teoria della relatività generale, corroborandone le previsioni con una precisione veramente encomiabile. E allo stesso tempo, donando inaspettata forza sia al nostro modello scientifico di Universo (fortemente plasmato sulla teoria di Einstein, appunto) sia alle ricerche più attuali su oggetti così esoterici e bizzarri come i buchi neri di massa intermedia.

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Il sistema planetario più piccolo

E’ proprio un momento particolare, per la scienza. Stiamo vivendo ai confini di qualcosa che non abbiamo completamente compreso, ma sempre più informa la nostra vita, le nostre percezioni, il nostro sentire.

Stiamo vivendo in un Universo fisico che ci regala nuove sorprese momento per momento. Dopo una apparente stasi, in cui sembrava non ci fosse alla fine niente di nuovo da scoprire, niente di nuovo da capire, ecco che torniamo avanti, che siamo sbalzati immediatamente alla frontiera, che il flusso delle cose torna nuovo, torna sempre ed ancora nuovo.

Non si contano quasi, le avvisaglie di quel mutamento profondo che è segnalato da tanti tanti spunti: le onde gravitazionali, di cui si è avuta appena adesso la conferma del terzo evento, gli esopianeti, con Proxima B straordinariamente vicino e straordinariamente simile alla Terra. Ed ora si affaccia un’altra scoperta straordinaria, che tocca l’infinitamente piccolo, come sappiamo intimamente connesso con l’infinitamente esteso: così connesso che non si può studiare l’Universo nella sua genesi senza sprofondare nel regno delle particelle elementari, come sappiamo.

La notizia in sé l’avrete già saputa: l’esperimento LHC del Cern ha riportato l’osservazione di una nuova particella, che è stata chiamata double charmed Xi, contenente quattro quark, due di tipo charm ed un quark up.

Il simbolo della nuova particella, appena scoperta al CERN

Ora, sappiamo bene che – secondo le attuali teorie – i quark sono proprio quei “mattoncini elementari” che costituiscono tutte le particelle, appaiono insomma come i costituenti ultimi della materia nell’Universo: a quanto pare non mostrano più una struttura interna, ogni tentativo di guardarci dentro produce la mutazione in nuove particelle, composte anche esse di quark. Siamo arrivati veramente alla base di tutto, con i quark.

Per dire, le particelle alle quali siamo familiari, sono ben spiegate con il modello a quark: il protone è composto di tre quark (due up ed uno down) e il neutrone pure di tre (due down ed uno up). Dunque, in parole povere, montando insieme i vari quark, si possono ottenere tutte le particelle di cui abbiamo esperienza, incluse alcune così esotiche che vivono appena pochissimi istanti negli esperimenti di laboratorio, e poi scompaiono trasformandosi in altre particelle più “consuete” e magari in energia.

Qual è allora la straordinaria novità di questa scoperta? E’ proprio nel modo in cui questa particelle è costruita, e segnatamente nel fatto che contiene due quark “pesanti”, quale appunto il quark charm. L’esistenza di questo tipo di particelle era prevista in base alle teorie attuali, ma (come per la rilevazione delle onde gravitazionali) la rilevazione empirica tardava a venire. Ora con la scoperta di questa nuova particella (di massa 3621 Mev, circa quattro volte più pesante del protone), un altro piccolo ma importante tassello della nostra concezione del mondo fisico, viene a mettersi – assai confortantemente – al suo esatto specifico posto.

Sembra nel complesso che i segnali dall’Universo ci dicano che il modo in cui lo interpretiamo sia sostanzialmente corretto, anche se – attenzione – lo stesso messaggio ci rivela in maniera incredibile quanta parte di “non conoscenza” ancora abbiamo davanti e alla quale non possiamo che guardare con umiltà e pazienza, doti del resto essenziali per la ricerca.

Interessante, in questa sede, la stretta analogia che anche a parole viene tracciata tra i sistemi planetari e le dinamiche interne di questa nuova particella. Come dice  infatti Guy Wilkinson, ex coordinatore della collaborazione scientifica che ha portato alla scoperta,

«in contrasto con gli altri barioni finora noti, in cui i tre quark eseguono una elaborata danza l’uno attorno all’altro, ci aspettiamo che il barione con due quark pesanti agisca come un sistema planetario, dove i due quark pesanti giocano il ruolo di stelle che orbitano l’una attorno all’altra, mentre il quark più leggero orbita intorno a questo sistema binario»

E’ certamente una analogia, e non va portata troppo oltre: però ci aiuta comunque a capire, anche con la semplice scelta delle parole (le parole sono importanti, lo sappiamo), come sempre più la ricerca fisica-cosmologica sia un tutto intimamente connesso, un sistema sul quale non si può più tentare il vecchi approccio riduzionistico di isolare per capire, ma va tenuto sempre tutto in conto, nella consapevolezza sempre più chiara di quella intrigante ed incredibile complessità che ci circonda, e che chiamiamo mondo.

Il tempo e il senso comune

Decisamente, l’epoca moderna ha assistito ad una sorta di accelerazione nel progresso delle scienze fisiche e nell’astronomia – in particolare – che è probabilmente sconosciuto a diverse epoche passate. Tanto veloce che a volte, mi pare, si lasci indietro qualcosa. O piuttosto, qualcuno.

Sì, credo che a rimanere indietro siamo noi stessi. Tutti noi, in qualche misura.

Siamo proprio noi, infatti, che non riusciamo a metabolizzare compiutamente le acquisizioni (ormai robuste e sperimentalmente ben comprovate) della nuova fisica. E nemmeno tanto nuova, dovremmo aggiungere. Più precisamente, oserei dire che non riusciamo in realtà a digerire le idee di tutta la fisica moderna, quella per capirci che si muove appena oltre il perimetro della cosiddetta “fisica classica” di impronta galieiana/newtoniana.

Il mondo è irriducibilmente più complesso e articolato dei nostri tentativi di interpretarlo. Che rimangono comunque indispensabili
Il mondo è irriducibilmente più complesso e articolato dei nostri tentativi di interpretarlo. Grazie al cielo!

Digerire, appunto. Questo è forse un punto importante. Non appena comprendere, intendo, ma assimiliare, come quasi fosse il risultato di un moto di ingestione, qualcosa che rende il concetto veramente assimilato nelle fibre del nostro essere. “Un’idea un concetto un’idea / finchè resta un’idea / è soltanto un’astrazione / Se potessi mangiare un’idea / avrei fatto la mia rivoluzione” cantava saggiamente Giorgio Gaber, alcuni anni fa.

Basti questa frase di Minkowski, a capire quanto siamo indietro biologicamente rispetto a quanto noi stessi abbiamo scoperto:

« Le concezioni di spazio e di tempo che desidero esporvi sono sorte dal terreno della fisica sperimentale, e in ciò sta la loro forza. Esse sono fondamentali. D’ora in poi lo spazio di per sé stesso o il tempo di per sé stesso sono condannati a svanire in pure ombre, e solo una specie di unione tra i due concetti conserverà una realtà indipendente. »

La frase si riferisce al contesto dell’introduzione del concetto di “spaziotempo quadridimensionale” che poi è alla base della formulazione della relatività, sia ristretta che generale. Tale spaziotempo è una creazione matematica appunto di Hermann Minkowski.

Niente di cui stupirci, insomma: chiaro che per assimilare queste cose ci vuole il suo tempo (appunto). Se non fosse che questa frase è del 1908. Ovvero, in parole povere, antecedente perfino alla Prima Guerra Mondiale.

E’ dunque interessante sorprenderci, alla luce di queste parole – robustissime ancora oggi, sotto il profilo fisico/matematico – ed accorgerci come per noi questo concetto illustrato più di un secolo fa, sia ancora “esterno”, in grande misura. Siamo ben lungi dall’averlo mangiato, se mi permettete il termine.

Quello che è ormai evidente in senso fisico/matematico, cioè il modello che meglio risponde all’interpretazione del reale, rimane per noi difficile da assimilare. Resta lontano, astratto. Diciamo infatti, nella vita ordinaria, frasi come dove ci si trova? Oppure quando è successo? E per noi spazio e tempo non potrebbero per noi essere più lontani tra loro, più distanti. Più distinti, nella loro intrinseca natura. Per noi il tempo, ad esempio, è una entità assoluta e sganciata da ogni altro riferimento, anche biologico,  laddove è l’esperienza stessa – ad un esame attento – che ci potrebbe dimostrare agevolmente il contrario.

Tutto questo, si badi bene, senza scomodare le acquisizioni della fisica quantistica, dove ci sarebbe da scrivere libri e libri sullo scarto – per certi versi drammatico – che si è consumato tra percezione del mondo e modello del mondo. Il modello del mondo derivante dallo studio dei quanti è così bizzarro e per noi incredibile, così carico di implicazioni anche culturali e addirittura (oso dire) spirituali da superare probabilmente ogni più estrema architettura narrativa di impianto fantascientifico.

Il che, a pensarci, va anche bene. Siamo fatti in un certo modo, siamo fatti probabilmente nel modo più adeguato a muoverci dentro il reale. E per avere un quadro lavorabile del reale ci servono rappresentazioni mentali di spazio e tempo distinti, forse.

Allora il fatto che la fisica ci dice – da tempo – che le cose non stanno come le vediamo non ci interessa, se non in un astratto senso intellettuale? Tutt’altro, a mio avviso. Ci dice una cosa fondamentale, per la nostra esistenza: che ciò che vediamo non è ciò che esiste. Che la realtà supera abbondantemente la nostra percezione usuale.

Avverte Henry Margenau  che

al centro della teoria della relatività c’è il riconoscimento che la geometria… è una costruzione dell’intelletto. Solo accettando questa scoperta, la mente può sentirsi libera di modificare le nozioni tridimensionali di spazio e di tempo, di riesaminare tutte le possibilità utilizzabili per definirle, e di scegliere quella formulazione che più concorda con l’esperienza.

E credo – per mettere un primo punto ad un discorso che certo non può fermarsi qui – che il sano dubitare sulla nostra percezione del mondo – che è appunto una percezione e non una fedele rappresentazione – non sia da intendersi in accezione negativa o tantomeno nichilistica, ma sia fondamentalmente da accogliere come una buona notizia.

Ragionare su questo ci porta infatti a fare un passo indietro nella pretesa di conoscere tutto, che spesso inconsciamente ci muove. Ci aiuta nel fare spazio ad altre possibilità, altre storie, nel riconoscere una parte di mistero che se adeguatamente ricompresa può aiutarci anche – paradossalmente, ma non troppo – ad indagare con rinnovato trasporto ed emozione proprio il cosmo nel quale ci troviamo immersi.

Che non conosciamo completamente, e mai conosceremo in forma totale.

Ma che ci parla, in un linguaggio che  – miracolosamente – possiamo capire.

In cerca di un modello…

Lo abbiamo visto più volte, lo abbiamo toccato con mano anche nell’evento recente della rilevazione delle onde gravitazionali, di cui si è ampiamente parlato: la gente ha fame di informazione scientifica. in particolare, per l’ambito più prettamente astronomico, ha fame di una informazione che la aiuti a comprendere l’Universo, a capire cioè la natura e la forma dell’ambiente all’interno del quale – in senso più globale – è stata chiamata a vivere.

Se ci pensiamo, è una cosa assolutamente naturale. In ogni tempo e in ogni epoca le persone hanno posseduto un proprio modello di universo, uno schema comprensibile dove poter collocare idealmente il proprio percorso di vita. Poco importa, da questo punto di vista, se il modello a cui si riferivano risulti – alla luce della moderna cosmologia – decisamente inattuale, palesemente falsificabile. Certo, potremmo legittimamente sorridere ripensando al modello a guscio di tartaruga dell‘antica mitologia cinese: del resto, oggi quasi nessuno penserebbe più di poter vivere davvero sul dorso di una tartaruga gigante. O anche, che il Sole derivi, come formazione, dall’occhio destro del gigante Pangu.

Un modello fisico dell'universo ci trasporta dal mito alla scienza. Con che conseguenze?
Un modello fisico dell’universo ci trasporta dall’immagine mitica alla scienza empirica. Con quali conseguenze?

Però il punto non riposa tanto nella moderna facilità nel falsificare il modello stesso. Il punto è che un modello qualsiasi è – per la mente – molto meglio di nessun modello. Un modello di universo è uno schema che rende il cosmo pensabile, prima di tutto. Affrontabile dall’intelletto umano. Il cosmo, filtrato e concretizzato dal modello stesso, esce ipso facto dal novero vaporoso e intangibile delle cose che non si possono dire, diventa pronunciabile. Il modello così si innesta in un percorso ove potrà essere perfezionato, integrato, perfino sostituito con un altro, in una scala che probabilmente – almeno finché esiste la specie umana – non vedrà mai l’ultimo gradino.

Si potrebbe dire, in altri termini, che l’universo è fatto per essere pensato. Per essere pensato è necessario un modello, qualcosa che sia – come dicevamo – lavorabile dalla mente. Del resto, nell’approccio scientifico in senso più vasto, il modello è proprio l’interfaccia necessaria ed insostituibile attraverso la quale possiamo (ri)appropriarci del reale, in senso squisitamente misurabile: possiamo ricondurlo nell’ambito di ciò che comprendiamo. Possiamo pensare un modello come ad una rete di rapporti logici stesa sopra la realtà, che ci guida e ci aiuta nel percorso della sua progressiva comprensione.

Il punto è che – per la prima volta nella storia umana – è come se non avessimo alcun modello di Universo. Per essere più precisi: è chiaro che ce lo abbiamo, in realtà. E’ che non è più patrimonio delle persone comuni, in sostanza. E questo, proprio quando tale modello è così definito ed articolato come non lo è stato mai. Di più, con Einstein il modello cosmologico è entrato a pieno titolo nell’ambito dell’empirismo scientifico, aderendo ai suoi canoni e sposando la sua impostazione ideale, il suo schema di pensiero.

Con questo ha abbandonato definitivamente il territorio del mito, territorio che è stato suo per molti secoli. E’ stato un passaggio certamente necessario, portatore di una grandissima quantità di ricadute pratiche e teoriche. Tuttavia non dobbiamo dimenticare che insieme ai benefici questo ha portato anche alcuni problemi. Problemi che vanno esaminati: non certo per tornare indietro o per discutere sterilmente la linea di sviluppo della scienza, ma per tentare un recupero di alcuni aspetti del sapere che riportino, in prospettiva, verso una scienza meno tecnicistica ma più organica al sistema umano dei saperi.

Il primo e il più grave dei problemi è stato – come si accennava – il progressivo scollamento dal senso comune delle persone. I modelli mitici di Universo erano – ad un primo livello – tutti facilmente comprensibili, erano assimilabili dalla gran parte delle persone. Erano proprio elaborati per essere comprensibili. Ripeto, non si tratta in questa sede di discutere quanto fossero improbabili (agli occhi moderni), non è questo il punto. Si tratta di vedere quanto, con la loro comunicabilità, potessero facilmente entrare in circolo nelle persone, formare una base di ragionamento e di esperienza comune, costituire un framework entro cui, idealmente, la vita delle persone poteva innestarsi, crescere, prosperare.

Ecco, questo forse si è perso, nell’epoca moderna. L’uomo di oggi, che non sia uno scienziato, guarda con sfiducia e sospetto alla possibilità di comprendere ancora la natura intima del cosmo. Di poter dire una parola sull’universo. Perché di fatto, tale natura – sposando necessariamente un formalismo matematico complesso – è diventato un appannaggio esclusivo di alcuni iniziati, ai quali solo sembra ormai riservata la possibilità di sapere davvero come questo Universo realmente sia.

C’è dunque un urgente bisogno di trasmettere al pubblico più vasto una nozione ragionevole di come pensiamo sia adesso l’universo. C’è bisogno, come primo approccio, di mettere da parte il rigore delle formule matematiche – sempre indispensabile a chiunque voglia incamminarsi verso un serio lavoro di conoscenza e verifica – per sporcarsi le mani con una descrizione in forma di racconto che riprenda il fascino degli antichi miti, rivestendolo di conoscenza moderna.

Descrizione raccontata che sarà sempre e invariabilmente perfettibile, e sanamente incompleta. Da diffondere e raccogliere con grande umiltà e accorta consapevolezza del limite intrinseco di questa processo di traduzione in parole, di declinazione in racconto di ciò che per sua natura si esprime compitamente attraverso il mezzo dell’espressività matematica, chiave di accesso indispensabile per operare pienamente con il modello di riferimento.

Un procedimento sempre sanamente rischioso perché – ad uno sguardo superficiale – assai facilmente assimilabile a tante pulsioni new age che pure tentano di sopperire ad un bisogno reale, quello della comprensibilità del mondo e del nostro ruolo all’interno di esso. Tentazioni che non intendiamo qui demonizzare, ma registrare appunto come evidenza sempre più stringente della necessità di un percorso serio e meditato, da svolgersi con competenza ed accortezza. Un percorso che porti la scienza ad essere ancora raccontabile. 

Perché il racconto, la magica concatenazione di parole che gode di un potere di seduzione antico e potente, è per l’uomo la forma suprema di conoscenza ed insieme di fiducia nella struttura del reale, struttura  che sia ancora comprensibile, ed in fondo, ancora amica.

L’evento delle onde gravitazionali ha messo tutti di fronte al fatto che la gente vuole sapere. Vuole sapere dell’Universo, vuole capire cosa si muove anche nei fenomeni più lontani dalla vita comune, come lo scontro e la fusione di buchi neri giganteschi, che genera queste elusive increspature del tessuto spaziotemporale. Vuole capire e partecipare al destino del cosmo.

E’ dunque una sfida attualissima. Ed è una sfida che noi scienziati non dobbiamo lasciar cadere.