La creazione, il Big bang e quel fastidio per la singolarità iniziale

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L’origine assoluta dell’universo, di tutta la materia, dell’energia, dello spazio fisico e del tempo nella singolarità del Big Bang, contraddice l’assunto naturalistico di un universo sempre esistito.

Uno dopo l’altro, i modelli progettati per evitare la scomoda singolarità cosmologica iniziale -dalla teoria dello stato stazionario alla teoria dell’universo oscillante, fino ai modelli delle fluttuazioni quantistiche- sono stati archiviati e, lo stesso Stephen Hawking, grande attore in questo campo, ha ammesso che un certo numero di tentativi per evitare il Big Bang è stato probabilmente motivato dalla sensazione che un inizio del tempo «sa troppo di intervento divino» (S. Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli 2015, p.9).

In questo articolo passeremo velocemente in rassegna la storia della scienza cosmologica degli ultimi cento anni, elencando i tentativi di eliminare l’ipotesi di un’origine metafisica della realtà. Questo perché l’implicita contingenza di un inizio assoluto ex nihilo punta decisamente ad una causa trascendente dell’universo, al di là dello spazio e del tempo. Lo sapevano bene i critici del filosofo tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz, che postulò l’esistenza di un essere metafisicamente necessario che portava in sé la ragione sufficiente per la propria esistenza e la ragione sufficiente per l’esistenza di ogni altra cosa al mondo. La replica dello scettico Bertrand Russell fu tuttavia molto succinta: «L’universo è proprio lì, e questo è tutto».

Nel 1917 Albert Einstein rilevò che la sua teoria della relatività generale non permetteva un modello statico dell’universo, a meno di introdurre un certo “fattore di correzione” al fine di controbilanciare l’effetto gravitazionale della materia. Da questo modello, Alexander Friedman e Georges Lemaitre formularono nel 1920 una soluzione che prevedeva un universo in espansione. L’importanza monumentale di tale modello fu chiaramente nella storicizzazione dell’universo, che smise di essere trattato come un’entità statica esistente da sempre. Nel 1929 la scoperta di Edwin Hubble del red-shift negli spettri ottici della luce proveniente dalle galassie lontane confermò il modello Friedman-Lemaitre, rivelando l’espansione metrica dell’universo che, se invertita, aumenta progressivamente la curvatura dello spazio-tempo fino ad arrivare ad un confine dello spazio-tempo stesso. Questo comporta quel che affermano i cosmologi Barrow e Tipler: «in questa singolarità, lo spazio e il tempo sono entrati nell’esistenza, letteralmente nulla esisteva prima della singolarità, quindi, se l’universo ha origine in tale singolarità, avremo veramente una creazione ex nihilo» (J. Barrow & F. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle, Clarendon Press 1986, p.442).

Russell dunque sbagliava, l’universo non è “solo lì”, piuttosto è venuto in essere. Esso non è necessariamente esistente, come dichiarava David Hume, poiché è contingente nella sua esistenza. Sir Arthur Eddington si sentì costretto a concludere: «L’inizio dell’universo sembra presentare difficoltà insormontabili se non siamo d’accordo a guardare ad esso come un atto francamente soprannaturale» (A. Eddington, The Expanding Universe, Macmillan, 1933, p.124)

Dal 1948 sono iniziati i primi tentativi per evitare questa fastidiosa conclusione, teorizzando il primo concorrente del Modello standard, cioè la teoria dello Stato stazionario. Essa postula che l’universo mantenga le stesse proprietà nello spazio e nel tempo e non abbia né inizio né fine, un tentativo di ripristinare il “comodo” un universo eterno. La scoperta di sempre più radiogalassie a distanze sempre maggiori ha però minato tale teoria, dimostrando che l’universo ha avuto una storia evolutiva. La confutazione decisiva è però arrivata da due scoperte che, oltre dal red-shift, hanno costituito la prova più importante per la teoria del Big Bang: la nucleosintesi cosmologica degli elementi leggeri e la radiazione cosmica di fondo.

Un secondo importante tentativo fu quello di negare l’omogeneità e l’isotropia dell’universo teorizzato dal modello Standard, proponendo un modello oscillante: continue ed infinite espansioni e contrazioni dell’universo, evitando così un inizio assoluto. Un’ipotesi altamente speculativa e guardata con diffidenza, ma anch’essa motivata da chiare motivazioni metafisiche come ha riconosciuto il divulgatore John Gribbin: «Il problema più grande con la teoria del Big Bang è filosofico, forse anche teologico. Ma il modo migliore per evitare tale difficoltà è fornito da un modello in cui l’universo si espande da una singolarità, crolla di nuovo, e ripete il ciclo in modo indeterminato» (J. Gribbin, “Oscillating Universe Bounces Back”, Nature 1976, p.15). Tale modello fu comunque abbandonato poiché incapace di giustificarsi e smentire che la densità media della massa dell’universo è insufficiente a generare un’attrazione gravitazionale tale da arrestare e invertire l’espansione. Venne definitivamente oscurato nel 1970 con la formulazione dei Teoremi di singolarità da parte di Penrose e Hawking, secondo i quali una singolarità cosmologica iniziale era inevitabile, anche per universi non omogenei e non isotropi. Stephen Hawking ha dichiarato che questi teoremi «hanno portato all’abbandono dei tentativi di sostenere che c’è stata una fase di contrazione-espansione. Invece, quasi tutti ora ritengono che l’universo, e il tempo stesso, ha avuto un inizio nel Big bang» (S. Hawking & R. Penrose, The Nature of Space and Time, Princeton University Press, 1996, p.266).

Dal 1973 sono sorte diverse teorie cosmogoniche che si possono definire modelli di fluttuazioni quantistiche, nei quali si ipotizza che possono esistere fenomeni o eventi (come il Big bang) che sorgono dal nulla, senza causa apparente. Il nostro universo sarebbe in espansione, ma è soltanto uno di un numero indefinito di mini-universi e l’inizio del nostro universo non rappresenta un inizio assoluto. Dalle ceneri di essi, caduti per incoerenze interne, è nata la teoria dell’inflazione eterna, in particolare quella proposta dal cosmologo russo Andrei Linde. Ogni universo darebbe luogo, tramite l’inflazione, ad un altro universo e così via, all’infinito. Anche Linde si è tuttavia dimostrato turbato dalla prospettiva di un inizio assoluto: «L’aspetto più difficile di questo problema», ha scritto, «non è l’esistenza di una singolarità in sé, ma la questione di ciò che c’era prima della singolarità. Questo problema sta al confine tra fisica e metafisica» (A. Linde, Inflationary Universe, Reports on Progress in Physics 1984. p.976). Così il russo, per evitare singolarità e quel che viene prima, ha proposto che l’inflazione caotica non solo è infinita, ma senza inizio e ogni universo sarebbe il prodotto dell’inflazione di un altro. Nel 1994, tuttavia, Arvind Borde e Alexander Vilenkin hanno dimostrato che un universo eternamente inflazionato verso il futuro non può essere geodeticamente completo nel passato, così che dev’essere esistita una singolarità iniziale. Linde ha concordato con riluttanza a tale conclusione.

Gli ultimi modelli che hanno tentato la sfida al modello Standard sono quelli relativi alla gravità quantistica, in particolare quelli di Vilenkin e Hartle-Hawking che eliminano entrambi la singolarità iniziale “arrotondando” lo spazio-tempo prima del tempo di Planck, in modo che anche se il passato è finito, non c’è un punto di inizio. Hawking ha motivato teologicamente la sua ipotesi: «L’idea che spazio e tempo possono formare una superficie chiusa senza bordo, ha profonde implicazioni per il ruolo di Dio negli affari dell’universo. Finché l’universo ha avuto un inizio, si potrebbe ipotizzare che aveva un creatore. Ma se l’universo è davvero completamente autonomo, senza confini, allora non avrebbe dovuto né iniziare, né finire. Che posto c’è per un creatore?» (S. Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli 2015, p.140,141). La tesi di Hawking tuttavia si scontra con l’indimostrabilità e l’inevitabile teorizzazione di un “tempo immaginario”, un’astrazione o, meglio, un trucco usato per risolvere i problemi della meccanica quantistica. Lui stesso ha riconosciuto: «Solo se potessimo immaginare l’universo in termini di tempo immaginario non ci sarebbe alcuna singolarità […]. Quando si va indietro al tempo reale in cui viviamo, però, apparirà ancora quel che chiamiamo singolarità» (S. Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli 2015, p.138). Ha comunque dichiarato esplicitamente che lui stesso interpreta il modello Hartle-Hawking come non realistico ed «è solo un modello matematico, non ha senso chiedersi se corrisponde alla realtà» (S. Hawking, The Objections of an Unashamed Positivist, Cambridge University Press 1997, p. 169).

Il fallimento di tutte le teorie cosmogoniche alternative al modello Standard è una conferma di esso. Anzi, si può tranquillamente dire che nessun altro modello cosmogonico è stato così verificato nelle sue previsioni. Questo, ovviamente, non prova che sia corretto, ma tuttavia si tratta della migliore spiegazione che abbiamo e quindi merita la nostra accettazione provvisoria. Curiosa la riflessione del premio Nobel Arno Penzias, secondo cui «i dati migliori che abbiamo (riguardo al Big Bang) sono esattamente ciò che io avrei previsto se non avessi avuto nulla da consultare tranne i cinque libri di Mosé, i Salmi e la Bibbia nel suo insieme» (citato in M. Browne, “Clues to the universe’s origine expected”, New York Times, 12/03/78). Il punto vero, comunque, è la necessità della singolarità iniziale la quale, secondo le parole del fisico Paul Davies, «è quanto di più prossimo a una entità sovrannaturale che la scienza ha saputo scoprire» (P. Davies, Dio e la nuova fisica, Mondadori 1994, p.84).

 
(fonte: UCCR, 27.01.17)