Il mistero di una Origine Angelo 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” 18/04/2012 Angelo Tartaglia 2

- In principio Dio creò il cielo e la terra. 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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 3

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 18/04/2012

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 18/04/2012

Dubbi: il paradosso di Olbers, 1826 Perché di notte il cielo è buio? 18/04/2012 Angelo Tartaglia 6

Perché non siamo già nello stato perfettamente omogeneo e disordinato? 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? 18/04/2012 Angelo Tartaglia 7

Einstein e la relatività generale, 1915-16 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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 8

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 9

Relatività generale e cosmologia 1922: Alexander Friedman 1927: Georges Lemaître Le equazioni di Einstein implicano che un universo omogeneo e isotropo debba espandersi 18/04/2012 Angelo Tartaglia 10

Scoperte astronomiche Hubble 1925: le stelle non sono distribuite uniformemente, ma si raggruppano in galassie 18/04/2012 Angelo Tartaglia 11

Una tipica galassia ~ 100 miliardi di stelle come il Sole 18/04/2012 Angelo Tartaglia 12

Guardando in un punto qualsiasi 18/04/2012

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 14

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 15

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 16

Big bang e big crunch L’universo di Friedman/Le Maître può essere “aperto” o “chiuso”. 18/04/2012 Angelo Tartaglia 17

L’espansione continuerà per sempre? Fattore di scala Coi dati attuali sì Tempo 18/04/2012 Angelo Tartaglia 18

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 19

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. » 18/04/2012 Angelo Tartaglia 20

Il principio cosmologico perfetto Hermann Bondi e Thomas Gold: Nell’universo non esistono né posizioni speciali né momenti speciali 18/04/2012 Angelo Tartaglia 21

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 22

Il cielo a microonde Temperatura iniziale: ~ 3000 K Temperatura oggi: 2,725 K 18/04/2012 Angelo Tartaglia 23

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 24

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 25

L’universo col senno di oggi 18/04/2012 Angelo Tartaglia 26

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” 18/04/2012 Angelo Tartaglia 27

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? 18/04/2012 Angelo Tartaglia 28

Universo e statistica Se l’universo è infinito ed eterno tutto quello che può accadere, per quanto improbabile, accade. 18/04/2012

Universo, universi, multiverso… Noi Altre costanti e altre leggi? 18/04/2012 Angelo Tartaglia 30

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.' 18/04/2012 Angelo Tartaglia 31

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." 18/04/2012 Angelo Tartaglia 32

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? 18/04/2012 Angelo Tartaglia 33

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 34

Tiriamo le somme Da così a così Siamo proprio piccoli… 18/04/2012 Angelo Tartaglia 35

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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 36

… Quando ponevo le fondamenta della terra, tu dov’eri … 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, … 18/04/2012 Angelo Tartaglia 37

… quanto è nascosto e palese 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 18/04/2012 Angelo Tartaglia 38