I numeri dell'Universo

Ogni legge fondamentale della fisica contiene, oltre alle grandezze variabili che vengono messe in relazione, una o più costanti numeriche. Alcune sono numeri puri, come 2 o π. Altre, invece, sono quantità che vanno espresse in qualche unità di misura e hanno quindi un significato fisico preciso. Un esempio semplice del ruolo delle costanti si può vedere nella legge che esprime la forza di gravità tra due masse a distanza r fra loro:


Qui, oltre alle masse dei corpi e alla loro distanza (che dipendono dalla particolare situazione fisica sotto esame, e quindi possono assumere valori arbitrari) compare una quantità che, in un dato sistema di unità di misura, ha sempre esattamente lo stesso valore: la costante di gravitazione universale, G. Un altro esempio è la famosa:


ovvero la relazione tra la massa di un corpo e la sua energia, in cui compare come costante universale la velocità della luce nel vuoto c. Si potrebbe andare avanti con gli esempi: la costante di Planck, la carica dell'elettrone, e così via. Tutta la capacità predittiva delle leggi fisiche si poggia sulla conoscenza accurata di questi numeri.

Una delle domande più fondamentali che ci si può porre è perché queste costanti fisiche abbiano proprio il valore che hanno. È chiaro, ad esempio, che se il valore di G fosse più piccolo, la forza gravitazionale sarebbe più debole e la struttura complessiva dell'Universo ne risentirebbe; se la carica dell'elettrone fosse diversa cambierebbe completamente la struttura degli atomi e tutta la chimica risulterebbe alterata; e così via.

Le risposte possibili a questa domanda sono essenzialmente di due tipi. Quella più classica ipotizza che il valore delle costanti sia fissato da una teoria fisica di livello più alto, che ancora non conosciamo: quando questa teoria sarà sviluppata, la sua consistenza formale imporrà un solo valore possibile per ciascuna costante. Questa era, ad esempio, la posizione di Albert Einstein, ed è tutt'ora l'opinione di molti fisici che si sono posti il problema.

Ma negli ultimi anni si è cominciata a prendere sul serio un'altra possibilità, che fa leva su una spiegazione di tipo antropico. Le costanti potrebbero avere valori completamente casuali, e i valori particolari che noi misuriamo sarebbero dovuti a un unico motivo: se essi fossero diversi, l'universo come lo conosciamo non esisterebbe e noi non saremmo qui a fare la misura. Perché questa idea possa essere minimamente presa sul serio, bisogna che esista un meccanismo che permetta di realizzare diversi universi, dotati di esistenza fisica concreta, in ognuno dei quali il valore delle costanti assuma un valore casuale. Questi "multiversi" sono in effetti ipotizzati sia in alcune versioni della teoria delle stringhe, sia negli scenari cosmologici di inflazione "caotica" (in cui ogni universo è una bolla che nasce da fluttuazioni quantistiche casuali all'interno di un universo pre-esistente).

Per chi volesse saperne qualcosa in più, la questione delle costanti fisiche e delle possibili ipotesi proposte per spiegare il loro valore è affrontata in modo come sempre completo e intrigante da John Barrow (uno dei propugnatori delle argomentazioni di tipo antropico in cosmologia) nel libro "I numeri dell'universo".

Negli anni cinquanta era tutto più semplice

Accade sempre più spesso, nelle mega-produzioni hollywoodiane, che si ricorra all'aiuto di scienziati di professione come consulenti: esempi recenti sono Carolyn Porco (uno dei leader della missione Cassini), chiamata da JJ Abrams sul set del nuovo "Star Trek", e Sean Carroll (quello del blog Cosmic Variance), consultato da Ron Howard e Brian Grazer per provare a fare in modo che la versione cinematografica di "Angeli e demoni" venga fuori un po' meno cialtrona del libro di Dan Brown.

Anche per "Ultimatum alla Terra" (il remake, che esce oggi in Italia, di uno dei capolavori del cinema di fantascienza) sembra che abbiano provato a fare le cose per bene, assoldando come consulente Seth Shostak, uno dei massimi esperti di astrobiologia. Io non l'ho visto, per cui non so: ma sembra che l'attenzione alla plausibilità scientifica non sia bastata a farne un buon film. Peccato.

Post (e postilla) sotto l'albero

Con l'entusiasmo del novizio, quest'anno mi sono cimentato anch'io nella scrittura del famigerato Post sotto l'albero, veneranda istituzione natalizia messa insieme ogni anno di questi tempi dal misterioso Sir Squonk che, a mo' di Professor X, agisce nell'ombra per aggregare le energie mentali di un certo numero di mutanti della blogosfera (per scopi peraltro non ancora del tutto chiari).

Non posso fare altro che invitarvi ad andare, scaricare e persino leggere il ponderoso pdf, consci di trovarvi di fronte a un'opera che potrebbe dare un senso nuovo alle imminenti festività. (Poi, se volete, potete leggere la postilla.)

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Postilla. Da quando, a metà Novembre, ho scritto e inviato il mio post (che, come avrete visto, è un raccontino di fantascienza), sono capitate due cose. Non sono coincidenze: ora posso dire che fanno parte di una complessa campagna di marketing virale messa faticosamente in piedi negli ultimi mesi. (Scherzo: sono coincidenze.)

La prima è che il racconto a cui mi sono dichiaratamente (e indegnamente) ispirato, ovvero "La stella" di Arthur Clarke, che per quanto ne so non era più in circolazione da diversi anni (io lo avevo letto in una delle antologie della fantascienza curate da Fruttero e Lucentini per Einaudi), sarà ristampato in Urania Collezione di dicembre. Tutti a rileggerlo, quindi.

La seconda riguarda l'aspetto "scientifico" su cui è costruita la storia. Ho dovuto ipotizzare che una civiltà molto avanzata possa tentare di evitare la fase di gigante rossa della propria stella con una grande opera di "ingegneria spaziale". La cosa è del tutto campata in aria, ovviamente: ma trattandosi di un racconto di fantascienza mi sono concesso una sospensione dell'incredulità e l'ho buttata lì come veniva. Bene: nemmeno una settimana dopo aver inviato il racconto, è apparso su arxiv questo articolo. L'ipotesi, pur completamente diversa e minuziosamente argomentata, mi sembra ugualmente campata in aria, il che mi ha tolto ogni scrupolo di averla sparata troppo grossa. Io, almeno, volevo solo scrivere una storiella di fantascienza.

Da zero a infinito

Qualche anno fa, John Barrow ha scritto un libro sul nulla. Non nel senso che ha riempito pagine senza avere niente da dire, ma proprio nel senso letterale: "Da zero a infinito" (nell'originale inglese, semplicemente "The book of nothing"), esplora l'idea di nulla, un'idea meno vuota di quello che potrebbe sembrare. C'è il nulla dei filosofi e dei teologi, dai greci alle interminabili dispute dottrinali pro e contro la creazione ex nihilo. C'è il nulla della matematica, dalla cruciale invenzione indiana dello zero agli insiemi vuoti. Ma soprattutto, c'è il nulla fisico, il vuoto ("ciò che resta quando si rimuove da un recipiente tutto quello che può essere rimosso" secondo la definizione di Maxwell). Partendo dai primi esperimenti di Torricelli, il nulla viene nel corso dei secoli prima riempito di un etere onnipresente, poi di nuovo svuotato da Michelson, Morley e Einstein, e infine ancora riempito dalla frenetica attività di creazione e annichilazione di particelle virtuali emersa con lo sviluppo della fisica quantistica. Fino a diventare uno dei grossi grattacapi della fisica e della cosmologia moderna. Nulla è più misterioso del nulla.

Congiunzioni

Comunque, nel caso qualcuno se lo stesse chiedendo, quelle due luci molto luminose e vicine che da qualche sera si vedono in cielo subito dopo il tramonto (tempo permettendo) sono Venere e Giove. (E stasera ci sarà anche la Luna.)