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Il mistero di una Origine
Angelo Tartaglia
18/04/2012 2Angelo Tartaglia
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”
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18/04/2012 3Angelo Tartaglia
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
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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
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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
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Dubbi: il paradosso di Olbers, 1826
Perché di notte il cielo è buio?
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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?
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• 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
Einstein e la relatività generale, 1915-16
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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
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Relatività generale e cosmologia
• 1922: Alexander Friedman • 1927: Georges Lemaître
Le equazioni di Einstein implicano che un universo omogeneo e isotropo debba espandersi
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Scoperte astronomiche
• Hubble 1925: le stelle non sono distribuite uniformemente, ma si raggruppano in galassie
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Una tipica galassia
~ 100 miliardi di stelle come il SoleAngelo Tartaglia 12
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Guardando in un punto qualsiasi
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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
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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
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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
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Big bang e big crunch
• L’universo di Friedman/Le Maître può essere “aperto” o “chiuso”.
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L’espansione continuerà per sempre?
Coi dati attuali sì
Tempo
Fattore di scala
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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
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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. »
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Il principio cosmologico perfetto
• Hermann Bondi e Thomas Gold: – Nell’universo non esistono né posizioni
speciali né momenti speciali
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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
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Il cielo a microonde
Temperatura iniziale: ~ 3000 K
Temperatura oggi: 2,725 K
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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
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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
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L’universo col senno di oggi
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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”
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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?
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Universo e statistica
• Se l’universo è infinito ed eterno tutto quello che può accadere, per quanto improbabile, accade.
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Universo, universi, multiverso…
Noi
Altre costanti e altre leggi?
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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.'
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Il principio antropico (forte)
• 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."
Angelo Tartaglia 32
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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?
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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
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Tiriamo le somme
Siamo proprio piccoli…
Da così
a così
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• 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
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… 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, …
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18/04/2012 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
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