Le Scienze, n. 316

45 Pages·1994·18.8 MB·Italian

Numero 316 LE SCIENZE ne delle stelle. Queste teorie sono in sé l'ambito della scienza contemporanea. a temperatura dell'universo in quel-
Dicembre 1994 belle per lo scienziato, e sapere perché Per quanto riguarda la vita e molti altri L l'istante era scesa a circa 10'5 gra-
Anno XXVII editione italiana di SCIENFIFIC Betelgeuse è rossa può addirittura au- aspetti della natura, le nostre spiegazio- di, abbastanza da permetterci di appli-
Volume LITI AMERICAN tmemenptlaarree iill pliimacpeirdeo c chiee lsoi pinrvoevran naleel. con- ncui nhia nevneon utin ast coorimcip soonneon taec sctiodreincati. cAhle- ctuarree lle'u tneiovreiers fois dicohvee. vAa qeusseellree tpemiepneor ad-i
Esistono però ancora parecchi miste- non potranno mai essere spiegati, se un gas formato da tutti i tipi di particel-
ri, molti dei quali sono discussi da altri non forse statisticamente: non potremo le noti alla fisica nucleare delle alte e-
autori in questo fascicolo. Di che tipo di mai spiegare esattamente perché sulla nergie, insieme con le loro antiparticel-
materia sono fatti galassie e ammassi Terra la vita abbia assunto la forma che le, che si andavano continuamente anni-
galattici? Come si sono formati le stel- ha, anche se possiamo sperare di dimo- chilando e creando attraverso collisioni.
La vita nell'universo le, i pianeti e le galassie? Quanto sono strare che certe forme sono più probabi- Con il procedere dell'espansione e del
comuni, nell'universo, gli habitat adatti li di altre. Possiamo spiegare molto, an- raffreddamento dell'universo, i processi
alla vita? Come si sono formati gli o- che laddove i processi storici hanno un di creazione si fecero più lenti di quelli
ceani e l'atmosfera della Terra? Come ruolo, in termini di condizioni iniziali di annichilazione e quasi tutte le parti-
ha avuto inizio la vita? Quali sono le re- dell'universo e mediante le leggi di na- celle e antiparticelle scomparvero. Se
lazioni di causa ed effetto fra l'evolu- tura. Ma come spieghiamo quelle con- non fosse stato per una piccola ecce-
zione della vita e l'ambiente terrestre in dizioni iniziali? Un ulteriore rompicapo denza degli elettroni rispetto agli antie-
Anche se la scienza ha ampliato la nostra comprensione dell'universo, cui si è verificata? Quanto ha contato il riguarda il duplice ruolo della vita intel- lettroni e dei quark rispetto agli anti-
caso nell'origine della specie umana? ligente, che è parte dell'universo che quark, nell'universo di oggi le particelle
vi sono limiti a ciò che possiamo spiegare in quanto, paradossalmente, Come fa il cervello a pensare? Come ri- cerchiamo di spiegare, ma è anche ciò comuni come elettroni e quark sarebbe-
spondono le istituzioni umane alle tra- che tenta di fornire una spiegazione. ro pressoché assenti. Quella piccola ec-
sformazioni ambientali e tecnologiche? Le leggi di natura, come noi le inten- cedenza di materia rispetto all'antima-
siamo nel contempo osservatori e parte di ciò che tentiamo di conoscere
Forse siamo molto lontani dalla solu- diamo oggi, ci consentono di ripercor- teria, stimata in una parte su circa 10'°,
zione di alcuni di questi problemi; tutta- rere l'espansione osservata dell'univer- si conservò e, circa tre minuti più tardi,
via possiamo almeno ipotizzare che ti- so fino a quello che deve essere stato il formò i nuclei atomici leggeri; dopo un
po di soluzione avranno, cosa che non vero inizio, un momento in cui l'univer- milione di anni costituì gli atomi e in
era invece possibile quando «Scientific so era infinitamente caldo e denso, circa seguito gli elementi pesanti nelle stelle;
di Steven Weinberg American» iniziò le sue pubblicazioni, 10-20 miliardi di anni fa. Non possia- infine fornì il materiale da cui sorse la
150 anni fa. Serviranno nuove idee e mo confidare nell'applicabilità di que- vita. Quell'eccedenza di una parte su
nuove concezioni, che possiamo aspet- ste leggi a temperature e densità estre- 1010 della materia rispetto all'antimate-
tarci di trovare nell'ambito della scien- me fino al punto di essere sicuri che ci ria è una delle condizioni iniziali deter-
za così come la conosciamo. sia stato davvero un momento simile; minanti per lo sviluppo successivo del-
Vi sono poi i misteri ai confini ester- tanto meno possiamo servircene per l'universo.
ni della scienza, questioni che non pos- stabilire tutte le condizioni iniziali (am- E anche possibile che esistano altri
ella poesia When I Heard the Whitman vorrebbe suggerire. Il cielo per calcolatore simulano le reazioni di siamo sperare di spiegare in termini di messo che ce ne siano state). Per il mo- tipi di particelle, non ancora osservate
Learn'd Astronomer (Quando stellato è bello come sempre, per gli a- fusione nel nucleo stellare e seguono il ciò che è già noto. Quando spieghiamo mento, non possiamo fare altro che cer- in laboratorio, che interagiscono fra lo-
N ho ascoltato il colto astrono- stronomi come per i poeti. E all'ap- trasporto di energia per convezione e un fatto osservato, lo facciamo median- care di descrivere le condizioni iniziali ro più debolmente che non i quark e gli
mo), Walt Whitman descrive il senso di profondirsi della nostra conoscenza del- radiazione dall'interno fino alla superfi- te princìpi scientifici che sono a loro dell'universo in un istante posto circa elettroni e che pertanto si sarebbero an-
stanchezza e noia da lui provato di fron- la natura, il senso di meraviglia dello cie visibile delle stelle, spiegando sia il volta spiegabili con principi più profon- 10-'2 secondi dopo l'istante nominale di
te all'astronomo che gli mostrava i suoi scienziato non è affatto venuto meno, loro aspetto attuale sia la loro evoluzio- di. Attraverso questa catena di spiega- temperatura infinita.
grafici e diagrammi; il poeta usciva al- anzi si è fatto via via più acuto e più ne. Nel 1987 l'osservazione di emissio- zioni, arriviamo infine a leggi di natu-
lora da solo per osservare «in perfetto strettamente focalizzato sui misteri che ni di raggi gamma e neutrini dalla su- ra che non possono essere spiegate nel-
silenzio le stelle». Generazioni di scien- ancora restano insoluti. pernova della Grande Nube di Magella-
ziati hanno provato a loro volta un sen- Le stelle vicine che Whitman poteva no fornì una spettacolare conferma del-
so di irritazione di fronte a questi versi: vedere a occhio nudo oggi non sono la teoria della struttura e dell'evoluzio-
il senso di bellezza e di meraviglia non tanto misteriose. Complessi programmi
svanisce nel lavoro della scienza, come
Cronologia della storia
UNIVERSO ATTUALE
della vita nell'universo
BRODO DI MATERIA E RADIAZIONE
L UNVERS
FINE DELLA DIVENTA
NUCLEOSINTESI TRASPARENTE
(Q1~5 PP-tIA
RADIAZONC)J, FON L7
FORMAZIONE MIOROONOE)
DI PROTONI,
NEUTRONI
E ALTRI
ADRONI
ISTANTE DI
TEMPERATURA
INFINITA INFLAZIONE 10-, 102
(BIG BANG?) 10-12 SECONDI SECONDI SECONDI 300 000 ANNI UN MILIARDO DI ANNI 15 MILIARDI DI ANNI

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nichilate in modo relativamente lento. cui quanti sono particelle chiamate lep- ma uno dei modi di vibrazione di una sia stata all'incirca di una parte su 1010, si verificano casualmente in un univer- imbatterci in una ambiguità nel ruolo
Una grande quantità di queste particel- toni e antileptoni. Esistono vari campi corda apparirebbe come una particel- né calcolarne il valore preciso finché so infinito. Se questo è vero, allora il della vita intelligente, che è nel contem-
le esotiche avrebbe potuto conservarsi di quark i cui quanti sono quark e anti- la avente le proprietà del gravitone, il non avremo compreso nei dettagli il problema delle condizioni iniziali spari- po soggetto indagante e oggetto di stu-
dopo le fasi iniziali dell'universo, for- quark, e altri 11 campi i cui quanti sono quanto del campo gravitazionale: per- meccanismo di produzione della massa. sce: non c'è stato momento iniziale. dio. Lo possiamo vedere anche al livel-
mando la «materia oscura» che, secon- le particelle che mediano le forze deboli ciò la teoria delle corde permette anche La seconda condizione iniziale, la di- In questo quadro, la nostra espansio- lo più profondo della fisica. In meccani-
do molte teorie, costituisce gran parte e forti agenti sulle particelle elementari. di spiegare perché esista la gravitazio- somogeneità dell'universo primordiale, ne locale può essere iniziata con qual- ca quantistica lo stato di un sistema è
della massa del cosmo. Il modello standard certamente non è ne. Inoltre talune versioni della teoria risale forse a istanti ancora precedenti. che ingrediente o disomogeneità parti- descritto da un oggetto matematico che
la legge di natura definitiva. Anche nel- delle corde prevedono qualcosa di simi- Nelle teorie quantistiche di campo delle colare, ma, come le forme di vita sulla chiamiamo funzione d'onda. Secondo
nfine, anche se generalmente si ritie- la sua forma più semplice contiene un le al repertorio dei campi incorporati particelle elementari, inclusa la versio- Terra, quegli ingredienti o quelle diso- l'interpretazione della meccanica quan-
I ne che quando l'universo aveva 10-'2 gran numero di aspetti arbitrari. Vi sono nel modello standard. ne più semplice del modello standard, mogeneità si possono comprendere solo tistica elaborata a Copenaghen nei pri-
secondi di vita il suo contenuto fosse o- 18 parametri numerici i cui valori deb- La teoria delle corde però non ha a- molti campi pervadono l'universo e as- in senso statistico. Purtroppo all'epoca mi anni trenta, le regole per calcolare la
vunque pressoché omogeneo, dovevano bono essere ricavati dagli esperimenti, e vuto ancora successo nello spiegare o sumono valori non nulli anche nello dell'inflazione la gravitazione era così funzione d'onda hanno un carattere as-
esistere piccole disomogeneità che in- la molteplicità dei tipi di quark e leptoni nel prevedere alcuno dei parametri nu- spazio che si suppone vuoto. Oggi que- forte che gli effetti gravitazionali quan- sai diverso dai princìpi utilizzati per in-
nescarono, milioni di anni fa, la forma- non ha una spiegazione. Inoltre vi è an- merici del modello standard. Inoltre le sti campi hanno raggiunto valori di e- tistici erano importanti. Queste ipotesi terpretarla. Da un lato vi è l'equazione
zione delle prime galassie e stelle. Non cora incertezza sui particolari del mec- corde sono troppo piccole perché si quilibrio che rendono minima la densità quindi resteranno puramente speculati- di Schrodinger, che descrive in modo
è possibile osservare direttamente alcu- canismo che genera la massa dei quark, possa rilevare direttamente la natura di di energia del vuoto; quest'ultima gran- ve finché non avremo una teoria quanti- perfettamente deterministico come vari
na disomogeneità di epoca anteriore a degli elettroni e delle altre particelle. corde delle particelle elementari; una dezza, detta anche costante cosmologi- stica completa della gravitazione. nel tempo la funzione d'onda di un si-
circa un milione di anni dopo l'istante Questo è il rompicapo che avrebbe do- corda è più piccola, rispetto a un nucleo ca, può essere misurata tramite il cam- stema. Poi, del tutto distinto, vi è un in-
iniziale, quando l'universo divenne tra- vuto trovare soluzione grazie al Super- atomico, di quanto non sia il nucleo po gravitazionale - evidentemente mol- esperienza degli ultimi 150 anni ci sieme di princìpi che ci dicono come u-
sparente. Molti astronomi sono oggi conducting Super Collider, la cui co- stesso rispetto a una montagna. L'inve- to piccolo - che essa produce. L dice che la vita è soggetta alle me- sare la funzione d'onda per calcolare le
impegnati nell'individuare minime va- struzione è stata annullata; si spera che stimento intellettuale che si sta facendo Secondo alcune teorie sull'universo desime leggi di natura della materia i- probabilità di vari esiti possibili quando
riazioni dell'intensità della radiazione possa essere risolto dal Large Hadron sulla teoria delle corde senza il minimo primordiale, però, ci sarebbe stato un i- nanimata, né abbiamo alcuna prova di si effettua una misurazione.
cosmica di fondo, allo scopo di ricavare Collider, in via di realizzazione presso sostegno sperimentale non ha preceden- stante in cui questi campi non avevano un grande progetto nell'origine o nel- Secondo l'interpretazione di Copena-
la distribuzione primordiale della mate- il CERN di Ginevra. Infine il modello è ti nella storia della scienza. Per ora, co- ancora raggiunto i loro valori di equili- l'evoluzione della vita. Sono ben noti i ghen, quando misuriamo una qualsiasi
ria e, da questa, ricostruire le disomo- incompleto, dato che non comprende la munque, questa teoria è la nostra mi- brio, sicché il vuoto doveva avere una problemi che insorgono nel descrivere grandezza, come la posizione o la quan-
geneità che esistevano 10-12 secondi do- gravitazione: per descriverla possedia- gliore speranza per una comprensione densità di energia enorme. Tale energia la coscienza in termini di funzionamen- tità di moto, il nostro intervento provo-
po la nascita dell'universo. mo una buona teoria di campo, la teoria più profonda delle leggi di natura. avrebbe prodotto una rapida espansione to del cervello, problemi dovuti al fatto ca una variazione imprevedibile della
Dall'austero punto di vista della fisi- della relatività generale, ma la sua ver- dell'universo, quella che chiamiamo in- che ciascuno, della propria coscienza, funzione d'onda; il risultato è una fun-
ca fondamentale, la storia dell'universo sione quantistica non è valida alle altis- e lacune nella nostra conoscenza del- flazione. Minuscole disomogeneità che ha una conoscenza speciale che non zione d'onda in base alla quale la gran-
è solo un esempio che illustra le leggi sime energie. d le leggi di natura ci impediscono fossero state prodotte da fluttuazioni proviene dai sensi. In linea di principio, dezza misurata assume un valore defi-
di natura. Al livello più profondo a cui E possibile che tutti questi problemi di spiegare le condizioni dell'universo quantistiche prima dell'inflazione sa- non ci sono ostacoli alla spiegazione nito, ma in un modo che non può essere
siamo riusciti ad arrivare, queste leggi trovino soluzione in un nuovo tipo di 10-12 secondi dopo l'inizio nominale in rebbero state ingrandite nell'espansione del comportamento di altre persone in descritto dall'equazione deterministica
hanno la forma di teorie quantistiche di teoria, denominata teoria delle corde (o termini di storia dell'universo negli i- e potrebbero aver prodotto le disomo- termini neurologici e fisiologici e, in ul- di Schródinger. Per esempio, prima di
campo. Quando si applica la meccanica delle stringhe), nella quale le particelle stanti precedenti. Calcoli effettuati ne- geneità molto maggiori che milioni di tima istanza, in termini fisici e storici. una misurazione la funzione d'onda di
quantistica a un campo come quello e- puntiformi delle teorie quantistiche di gli ultimi anni fanno apparire probabile anni dopo hanno avviato la formazione Quando riusciremo in questo tentativo, un elettrone dotato di spin è in generale
lettromagnetico, si trova che energia e campo sono reinterpretate come minu- che la piccola eccedenza di quark ed e- delle galassie. Si è anche ipotizzato che troveremo forse che parte della spiega- una somma di termini che corrispondo-
quantità di moto del campo si presenta- scoli oggetti unidimensionali, le corde lettroni su antiquark e antielettroni esi- l'inflazione che diede inizio all'espan- zione è un programma di attività nervo- no ai diversi spin dell'elettrone; in que-
no sempre in pacchetti discreti, o quan- per l'appunto. Queste corde possono a- stente a quell'epoca sia stata prodotta sione dell'universo visibile non si sia sa che riconosceremo come corrispon- sto stato non si può dire che l'elettrone
ti, che in laboratorio si osservano come vere vari modi di vibrazione, ciascuno un po' prima, a una temperatura di circa verificata in tutto il cosmo, ma sia stata dente alla nostra stessa coscienza. ruoti in un senso o nell'altro. Nel misu-
particelle. Il cosiddetto «modello stan- dei quali si presenta in laboratorio sotto 1016 gradi. In quel momento l'universo invece un semplice episodio in una suc- Ma, mentre vorremmo avere una vi- rare se l'elettrone moti in senso orario o
dard» postula un campo elettromagneti- forma di un diverso tipo di particella. attraversò una transizione di fase in cui cessione eterna di inflazioni locali che sione unificata della vita, continuiamo a antiorario attorno a un asse, però, modi-
co i cui quanti sono fotoni; un campo e- La teoria delle corde non solo fornisce per la prima volta le particelle elemen-
lettronico i cui quanti sono elettroni e una descrizione quantistica della gravi- tari note acquisirono massa. Non pos-
antielettroni; e una serie di altri campi i tazione che ha senso a tutte le energie, siamo però spiegare perché l'eccedenza Pteranodon
ESTINZIONE - PIPISTRELL
IN MASSA ESTINZIONE
ESTINZIONE IN MASSA
L'AFFERMAZIONE DELLA VITA u IN MASSA e -
Z,) INSETTI Homo
Vita terrestre ALATI habilis
Coelurosauravus Api
6 (rettile veleggiatore) Primati
PIANTE Tyrannosaurus ancestrali
CON FIORI rex >re
ARTROPODI
TERRESTRI
PIANTE
TERRESTRI Dimetrodon
ANFIBI RETTILI
Hylonomus PRATERIE
MAMMIFERI
3500 MILIONI •• n9. iY(4-
DI ANNI FA 540 530 500 438 360 350 220 208 205 75 65 60 50
Sr ESPLOSIONE
CAMBRIANA
PRIMI Placodermi Tartarughe
VERTEBRATI
Trilobiti
Pterapsis Pesci Cetacei
Nautiloidi Mesosaurus Diplocaulus Mosasauro teleostei primitivi
PRIMI PRIMI awolti
EUCARIOTI Granchi
MICROFOSSILI Nautiloidi
FAUNA DI EDIACARA /17(4
Vita acquatica Chamiodiscus ESTINZIONE ESTINZIONE ESTINZIONE ESTINZIONE ESTINZIONE
IN MASSA IN MASSA IN MASSA IN MASSA IN MASSA
ARCHEANO PROTEROZOICO CAMBRIANO ORDOVICIANO SILURIANO DEVONIANO CARBONIFERO PERMIANO TRIASSICO GIURASSICO TERZIARIO
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fichiamo la funzione d'onda dell'elet- termini della funzione d'onda che corri- qualsiasi teoria quantistica relativistica stenza di esseri che possono osservarlo. un'energia vicina a quella di risonanza, pio antropico.) Ciò comunque non indi-
trone, e questo finisce per ruotare effet- spondono a valori diversi della gran- in grado di soddisfare tutte le condizio- La vita così come la conosciamo sareb- ma sembra che una costante richieda cherebbe che la vita abbia un ruolo par-
tivamente in un senso o nell'altro. Le dezza misurata, come lo spin di un elet- ni debba apparire, a energie sufficiente- be impossibile se anche una sola fra una regolazione incredibilmente fine: è ticolare nelle leggi fondamentali, così
misurazioni perciò appaiono intrinseca- trone, oscillino rapidamente a frequen- mente basse, come una teoria quantisti- molte grandezze fisiche avesse valori l'energia del vuoto, o costante cosmolo- come il fatto che il Sole possieda un
mente diverse da qualsiasi altra cosa in ze diverse, cosicché non possono inter- ca di campo. Questo probabilmente è il leggermente diversi. La più nota di que- gica, alla quale si è accennato parlando pianeta su cui è possibile la vita non in-
natura; eppure, anche se le opinioni non ferire reciprocamente in qualsiasi misu- motivo per cui la natura, a energie ac- ste grandezze è l'energia di uno degli di cosmologie inflazionarie. dica che questa abbia avuto una parte
sono concordi, è difficile trovare qual- razione futura proprio come i segnali cessibili, è descritta così bene dalla teo- stati eccitati del nucleo di carbonio 12. Non siamo in grado di calcolare que- nell'origine del sistema solare. Le leggi
cosa di speciale che qualifichi un pro- delle stazioni radio che trasmettono su ria quantistica di campo che chiamiamo Nella catena delle reazioni nucleari che sta grandezza, ma possiamo ricavare fondamentali sarebbero quelle che de-
cesso come misurazione, se non il suo frequenze molto distanziate non interfe- modello standard. danno origine agli elementi pesanti nel- alcuni elementi dai quali essa dipende scrivono la distribuzione di valori delle
effetto su una mente cosciente. riscono fra loro. In tal modo una misu- Inoltre, per quel che possiamo sape- le stelle vi è un passaggio essenziale nel (per esempio l'energia delle fluttuazio- costanti di natura nelle varie parti
Tra fisici e filosofi si trovano almeno razione fa sì che la storia dell'universo, re, le uniche teorie quantistiche relativi- quale due nuclei di elio si uniscono a ni quantistiche del campo gravitaziona- dell'universo, e in queste leggi la vita
quattro reazioni diverse all'interpreta- a fini pratici, imbocchi percorsi diversi stiche matematicamente coerenti che formare il nucleo instabile di berillio 8, le con lunghezze d'onda non inferiori a non avrebbe alcun ruolo speciale.
zione di Copenaghen. La prima è sem- non interferenti, uno per ogni possibile soddisfano queste condizioni a tutte le che talvolta prima di scindersi assorbe circa 10-33 centimetri). I contributi di Se il contenuto della scienza in fin
plicemente quella di accettarla così co- valore della grandezza misurata. energie e che includono la gravitazione un altro nucleo di elio formando carbo- tutti questi fattori risultano di circa 120 dei conti è impersonale, il suo svolgi-
me sta. Questo atteggiamento è limitato implicano l'esistenza di corde. Per di nio 12 in questo stato eccitato. Il nucleo ordini di grandezza superiori alle nostre mento è una parte della cultura umana
sostanzialmente a quanti sono attratti a come possiamo spiegare le re- più, a chi studia la teoria delle corde e di carbonio 12 emette poi un fotone e osservazioni della velocità attuale del- (e non la meno interessante). Alcuni fi-
dalla vecchia concezione dualistica del M gole di Copenaghen per calcola- chiede perché si faccia questa o quella decade nello stato stabile di energia mi- l'espansione cosmica. Se i vari contri- losofi e sociologi si sono spinti al punto
mondo che pone la vita e la coscienza re le probabilità di queste diverse «sto- ipotesi matematica, si risponde che al- nima. In reazioni nucleari successive il buti all'energia del vuoto non si annul- da sostenere che i princìpi scientifici
su un piano diverso dal resto della natu- rie universali» in un mondo governato trimenti si violerebbero princìpi fisi- carbonio viene trasformato in ossigeno lassero quasi completamente a vicenda, siano, in tutto o in parte, costruzioni so-
ra. La seconda reazione, di gran lunga dall'equazione completamente determi- ci fondamentali come le condizioni al e azoto e negli altri elementi pesanti ne- allora, in funzione del valore dell'ener- ciali, come il diritto commerciale o le
la più comune fra i fisici sperimentali, nistica di Schriidinger? Recentemente contorno. Ma perché proprio queste so- cessari per la vita. Ma la cattura del- gia totale del vuoto, l'universo farebbe regole del bridge. La maggior parte di
consiste nell'accettare le regole dell'in- sono stati fatti alcuni progressi in que- no le condizioni corrette da imporre ai l'elio da parte del berillio 8 è un proces- in tempo a compiere un ciclo completo chi fa ricerca trova che il punto di vi-
terpretazione di Copenaghen a fini pra- sto senso, ma il problema non è stato risultati di tutti gli esperimenti immagi- so di risonanza la cui velocità di reazio- di espansione e contrazione prima che sta del «costruttivismo sociale» non sia
tici e di non preoccuparsi della loro in- ancora risolto appieno. nabili, se le leggi di natura ammettono ne dipende in maniera molto netta dalle la vita avesse la possibilità di compari- coerente con la propria esperienza. Non
terpretazione ultima. Il terzo atteggia- Anche quando ci chiediamo perché i un universo che non contenga esseri vi- energie dei nuclei partecipanti. Se l'e- re, oppure si espanderebbe tanto rapida- c'è alcun dubbio, comunque, che il con-
mento consiste nell'evitare questi pro- princìpi fisici sono quelli che sono è venti in grado di eseguire esperimenti? nergia dello stato eccitato del carbonio mente da non consentire la formazione testo sociale della scienza sia diventato
blemi modificando in qualche modo la difficile evitare di parlare di osservatori Questa domanda non ha alcuna con- 12 fosse solo leggermente più alta, la di galassie né di stelle. sempre più importante per gli scienzia-
meccanica quantistica, ma finora questo viventi. Le teorie quantistiche di campo seguenza su gran parte delle ricerche at- sua velocità di formazione sarebbe mol- Perciò l'esistenza di qualsiasi forma ti, che devono chiedere alla società stru-
tentativo non ha trovato largo consenso. e la teoria delle corde si possono vedere tuali di fisica teorica, ma diventa impor- to minore, tanto che quasi tutti i nuclei di vita sembra richiedere che i contribu- menti di lavoro sempre più costosi: ac-
L'ultima possibilità è quella di pren- come risposte al problema di riconcilia- tante se si cerca di applicare la mecca- di berillio 8 avrebbero il tempo di scin- ti all'energia del vuoto si annullino re- celeratori di particelle, veicoli spaziali,
dere sul serio l'equazione di Schródin- re la meccanica quantistica e la relati- nica quantistica a tutto l'universo. Per il dersi in nuclei di elio prima che si possa ciprocamente in modo pressoché com- sorgenti di neutroni, progetti per il ge-
ger, lasciar cadere il dualismo dell'in- vità speciale in modo che ci sia una ga- momento non sappiamo nemmeno in li- formare carbonio. L'universo consiste- pleto, con una precisione di circa 120 noma e via elencando.
terpretazione di Copenaghen e cercare ranzia di ricavare risultati sensati dagli nea di principio come calcolare o inter- rebbe quasi completamente di idrogeno cifre decimali. Può darsi che questa re-
di spiegare le regole che hanno succes- esperimenti. Ciò che si chiede è che i ri- pretare la funzione d'onda dell'univer- ed elio, senza alcuno degli ingredienti ciproca cancellazione possa essere spie- on è di grande aiuto il fatto che
so attraverso una descrizione degli os- sultati dei calcoli dinamici soddisfino a so, e non possiamo risolvere questi pro- necessari per la vita. gata da qualche teoria futura; finora, N certi politici e giornalisti immagi-
servatori e dei loro strumenti in termini ben precise condizioni al contorno: in blemi ponendo come requisito che tut- Quanto deve essere fine la regolazio- nella teoria delle corde così come nelle nino il pubblico interessato solo a que-
della stessa evoluzione deterministica parole molto povere, occorre che le pro- ti gli esperimenti debbano dare risulta- ne delle costanti di natura perché la vita teorie quantistiche di campo, l'energia gli aspetti della scienza che promettono
della funzione d'onda che regge ogni babilità si sommino sempre in modo da ti significativi, dato che per definizione abbia la possibilità di svilupparsi? Le del vuoto chiama in causa costanti arbi- benefici pratici immediati per la tecno-
altra cosa. Quando misuriamo una gran- dare il 100 per cento, che siano sempre non esiste alcun osservatore all'esterno opinioni non sono concordi. Vi sono trarie che debbono essere regolate at- logia o la medicina. Alcune ricerche sui
dezza (come lo spin di un elettrone), positive e che siano indipendenti se si dell'universo che possa fare esperimen- motivi indipendenti per prevedere che tentamente perché l'energia totale del problemi più interessanti della scienza
poniamo il sistema in un ambiente (per riferiscono a eventi che hanno luogo a ti su di esso. lo stato eccitato del carbonio 12 abbia vuoto risulti abbastanza piccola da ren- biologica o fisica hanno un palese valo-
esempio un campo magnetico) nel qua- grandi distanze. dere possibile la vita. re pratico, ma altre non lo hanno, in
le l'energia (o la quantità di moto) di- Non è facile come sembrerebbe. Se 1- l mistero si fa più profondo se pensia- Tutti questi problemi possono essere particolare quelle che affrontano pro-
pende fortemente dal valore della gran- tentiamo di scrivere equazioni dinami- mo quanto sia sorprendente che le risolti senza supporre che la vita o la blemi posti ai confini della conoscenza
dezza misurata. Secondo l'equazione di che che diano automaticamente risultati leggi di natura e le condizioni iniziali MACCHINA DA CALCOLO coscienza abbiano una parte speciale scientifica. Per poter guadagnare il so-
DI CHARLES BABBAGE
Schredinger, i vari termini della funzio- coerenti con alcune di queste condizio- dell'universo debbano consentire l'esi- nelle leggi fondamentali della natura o stegno della società civile, dobbiamo
ne d'onda che corrispondono a energie ni, di solito troviamo che i risultati vio- SATELLITE PER nelle condizioni iniziali. Può anche dar- realizzare nella pratica ciò che spesso
diverse oscilleranno in modo propor- lano le condizioni restanti. Sembra che TELECOMUNICAZIONI si che quelle che noi oggi chiamiamo affermiamo, e cioè che la ricerca scien-
zionale a queste energie. costanti della natura in effetti differi- tifica di base fa parte della cultura del
Una misurazione quindi fa sì che i MICROSCOPIO scano da una parte dell'universo all'al- nostro tempo.
DI ROBERT HOOKE tra. (Si noti che l'espressione «parti Quali che siano le barriere oggi esi-
TELESCOPIO
L'AFFERMAZIONE DI GALLE° dell'universo» può assumere molti si- stenti nella comunicazione fra scienzia-
gnificati. Per esempio potrebbe riferirsi ti e pubblico, non sono barriere imper-
DELL'INTELLIGENZA ASTROLABIO
a diverse espansioni locali dovute a epi- meabili. I Principia di Newton inizial-
sodi di inflazione nei quali i campi che mente potevano essere compresi soltan-
SCRITTURA
PRIMI UTENSILI pervadono l'universo hanno assunto va- to da un piccolo gruppo di europei; poi
IN PIETRA lori differenti, oppure potrebbe indicare l'idea che noi e il nostro universo siamo
i mondi quantistici diversi che si pre- governati da leggi precise e conoscibili
sentano in certe versioni della cosmolo- finì per diffondersi in tutto il mondo ci-
TRANS STORE
PRIME MMOONNEETTEE gia quantistica.) In questo caso, allora, vile. La teoria dell'evoluzione ha incon-
non sarebbe sorprendente scoprire che trato inizialmente una strenua opposi-
la vita è possibile in alcune regioni zione; oggi i creazionisti sono una mi-
INCISIONI dell'universo, ma forse non nella mag- noranza sempre più isolata. La ricerca
RUPESTRI gior parte di esso. Naturalmente, qual- ai confini della scienza oggi esplora
siasi essere vivente che si evolva fino al ambienti che, per energia, tempo e di-
PRIMO AEREO punto da poter misurare le costanti di stanza, sono estremamente lontani da
A MOTORE
ORIGINE natura scoprirà sempre che queste co- quelli della vita quotidiana e spesso
DELLA stanti hanno valori che consentono possono essere descritti soltanto con un
AGRICOLTURA MACDCI JHAINMAE SA WVAAPTOTRE TEORIA l'esistenza della vita. Le costanti hanno linguaggio matematico esoterico. Nel
INVENZIONE DELLA DELLA STRUTTURA valori differenti in altre parti dell'uni- lungo periodo, però, ciò che imparere-
CARTA IN CINA TORCHIO DI GUTENBERG PRIINM FOE PRORNOTE RELATIVITÀ DEL DNA verso, ma là non c'è nessuno che possa mo sul perché il mondo sia proprio così
misurarle. (Questa è una formulazione com'è entrerà a far parte del patrimonio
D1,9I AMNILNIOIN FIA 35 000 9000 3500 a.C. 700 a.C. 100 d.C. 500 1440 1609 1665 1765 1779 1834 1903 1905 1948 1953 1993 di quello che talvolta è chiamato princi- intellettuale dell'umanità.
LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 25
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Il futuro della vita sulla Terra entro la metà del prossimo secolo. L'at- La popolazione si armonizza con la natura ad Alesund, un centro del commercio e
tività economica amplificata dalla tec- della pesca del distretto di Sunnmore, in Norvegia. Gli abitanti di Alesund lavorano
nologia ha già trasformato la Terra. anche in piccole società di ingegneria o in fattorie che sorgono sull'isola visibile nel-
Quale potrà essere l'impatto di un lo sfondo. In questa regione temperata ad alta latitudine, l'uso delle risorse rinno-
numero così alto di esseri umani, di mo- vabili e l'attenta pianificazione dell'industria, del commercio, dell'agricoltura e
dalità abitative in rapido cambiamento, delle abitazioni ha dato origine a una comunità umana compatibile con l'ambiente.
di produzione e consumo sempre mag-
Le speranze di un futuro sostenibile dal punto di vista ambientale giori sui sistemi naturali che permetto-
no la sussistenza della vita? Se riuscire-
sono affidate all'evoluzione delle istituzioni e al miglioramento della mo a gestire la transizione a un mondo mento degli animali e l'avvento dell'in- Ma la tendenza globale maschera l'e-
più caldo, più affollato, più intercon- dustria. Queste rivoluzioni trasformaro- sistenza di un più profondo livello di
tecnologia, ma soprattutto a un mutamento generalizzato di mentalità nesso, ma anche più diversificato, po- no il significato delle risorse e incre- complessità. A partire dalla sua origi-
tremo forse parlare di un futuro sosteni- mentarono la capacità della Terra di da- ne, avvenuta probabilmente in Africa,
bile dal punto di vista dell'ambiente. re sostentamento agli individui. Ognuna l'umanità si è costantemente diffusa in
di esse rese possibile un periodo di cre- ogni angolo del globo, Antartide com-
i solito la crescita della popolazio- scita esponenziale, seguita da un perio- presa, dove le basi di ricerca scientifica
D ne mondiale viene rappresentata do di relativa stabilità. La comparsa de- hanno alterato il desolato paesaggio.
di Robert W. Kates da una curva esponenziale, che Th. Ro- gli utensili, ossia la rivoluzione cultura- Ma per quanto gli uomini siano riusciti
bert Malthus ipotizzava dovesse incli- le che iniziò circa un milione di anni fa, a sopravvivere e perfino a prosperare
narsi verso il basso dopo aver raggiunto vide il numero degli esseri umani salire nei posti più inospitali del pianeta, la
un massimo. Ma questa immagine, che a cinque milioni. storia della vita in certe aree ha sempre
richiama quella di un razzo che sparisce La successiva rivoluzione, iniziata subìto notevoli fluttuazioni.
rapidamente dalla visuale per dirigersi circa 8000 anni fa, consistette nella do- Insieme con i colleghi Thomas R.
otrà la vita continuare indefinita- sieme di specie viventi a noi familiari, permettono la sussistenza, allora la ri- verso un improvviso disastro, è fuor- mesticazione di piante e animali, vale a Gottschang, del College of the Holy
mente sulla Terra? Se per «vita» allora la risposta è quasi sicuramente sposta è «forse». Per gli esseri umani la viante. Circa 34 anni fa Edward S. Dee- dire nell'invenzione dell'agricoltura e Cross, Douglas L. Johnson e Billie L.
p si intende semplicemente mate- «no». Questo perché le modificazioni vita non è mai stata un graduale miglio- vey, Jr., propose un quadro differente. dell'allevamento. La popolazione creb- Tumer II della Clark University e Tho-
ria organica in grado di autoriprodursi, apportate all'ambiente dall'uomo (in ramento a partire dall'epoca delle ca- Egli fece una stima delle dimensioni be in conseguenza di ciò di 100 volte, mas M. Whitmore della Università del
allora la risposta è quasi certamente particolare intervenendo sui cicli globa- verne. Il numero degli esseri umani è della popolazione umana risalendo al- fino a circa 500 milioni. Ora, nel corso North Carolina a Chapel Hill, ho studia-
«sì». Nel corso dei tempi geologici, la li biogeochimico e idrologico) sono pa- cresciuto a salti, le nostre civiltà hanno l'indietro fino alle origini della nostra di questa terza ondata, già ammontiamo to questo fenomeno. Allo scopo, abbia-
vita sulla Terra ha già superato ripetute ragonabili a quelle provocate dai feno- subìto lenti declini e cadute rovinose e specie e rappresentando queste dimen- a 5,6 miliardi di persone, e siamo tutt'al mo cercato di ricostruire lunghi periodi
catastrofi, tra cui cambiamenti atmosfe- meni naturali. In effetti, la gran parte perfino il nostro fisico ha avuto fluttua- sioni su scala logaritmica. L'estesa ana- più al punto di mezzo di una proiezione continuativi di insediamento umano in
rici, subsidenza e sollevamento di con- delle trasformazioni degli ultimi 10 000 zioni nel corso del tempo. Ma dalla lisi di Deevey rivelò tre ondate di cre- che prevede un raddoppio o forse addi- quelle aree per le quali potevamo corre-
tinenti, collisioni con asteroidi. La vita anni si è verificata in presenza dell'uo- metà del secolo scorso in poi, la popola- scita della popolazione umana. Ognuna rittura una triplicazione della popola- lare dati di carattere archeologico e sto-
andrà avanti quasi sicuramente fino a mo, e l'uomo continua ad alterare il suo zione umana si è quadruplicata, e le di queste ondate coincideva con una no- zione, prima che i livelli di crescita de- rico. Il nostro intento era quello di e-
quando, con il definitivo raffreddarsi ambiente in modi sempre diversi. proiezioni elaborate dalle Nazioni Uni- tevole rivoluzione di carattere tecno- cadano di nuovo, solo 300 anni dopo stendere le nozioni sugli insediamenti
del Sole, la «luce si spegnerà». Ma se Se per «vita» intendiamo noi stessi, te e dalla Banca Mondiale indicano che logico: la comparsa degli utensili, la l'inizio della rivoluzione scientifica e in modo da poter porre in relazione le
per vita sulla Terra intendiamo quell'in- la nostra specie e le forme di vita che ne è destinata quanto meno a raddoppiare diffusione dell'agricoltura e dell'alleva- industriale. fluttuazioni di processi naturali, come

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le variazioni climatiche e la formazione alle carestie) ci renderà immuni dai col- di fronte mi suggerisce una metafora 1010
dei suoli, con i più rapidi cambiamenti lassi di tipo «malthusiano» del passato? del cambiamento che si presenta sotto
nei modelli di attività umana. Combi- O potranno certe regioni, magari pro- forma di correnti, maree e cavalloni. Le
nando i nostri dati, siamo riusciti a rico- prio quelle che hanno in mano le redini correnti sono le tendenze a lungo termi-
struire sequenze di lungo termine relati- dell'economia, collassare comunque? ne, le maree sono le oscillazioni cicli-
ve a quattro antiche regioni: la Valle del che, mentre i cavalloni e la risacca sono
Nilo (6000 anni), la Mesopotamia (6000 T a civiltà moderna ha profondamente le sorprese.
anni), il bacino del Messico (3000 anni) La alterato l'ambiente. Le preoccupa- In particolare, ritengo che il mondo
e, infine, i bassopiani centrali del Messi- zioni in merito a questi effetti hanno del prossimo secolo sarà più caldo e più
co e del Guatemala, dominio dei maya una storia di almeno un secolo e mezzo affollato, più interconnesso, ma più di-
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(2200 anni) (si veda l'articolo Le origini dell'am- versificato. Le alterazioni ambientali, la
Queste ricostruzioni mostrano tutte bientalismo occidentale di Richard H. crescita della popolazione, una sempre
periodiche fluttuazioni nella crescita e Grove in «Le Scienze» n. 289, settem- maggiore interconnessione e diversifi-
nel declino; in nessuna di esse risulta bre 1992). cazione sono tendenze potenti come le
che la popolazione cresca senza interni- Uno sforzo settennale di collabora- correnti oceaniche che, una volta in-
zioni. In tutti i casi, eccetto quello dei zione internazionale, l'Earth Transfor- staurate, hanno ben poche possibilità di
maya, ci sono 2,5 evidenti ondate du- med Project, ha visto il concorso di subire inversioni, anche se sono sogget-
rante le quali la popolazione dovette scienziati di primo piano di 16 paesi, te a rallentamenti o ad accelerazioni. A
quantomeno raddoppiare rispetto alla per documentare i cambiamenti globali meno che non vi sia qualche profonda
base di partenza, dopodiché decadde di- e regionali degli ultimi 300 anni. Siamo pecca nell'attuale comprensione scien-
mezzandosi. I tassi di crescita e di de- stati in grado di ricostruire i cambia- tifica, la Terra è già inesorabilmente vo- 104
clino sono modesti nelle prime ondate e menti indotti dall'uomo riguardo al- tata al riscaldamento. Il nostro mondo i000 000 100 000 10 000 1000 100 10
più drastici in quelle successive. I col- l'immissione di prodotti chimici, alla sarà reso più interconnesso da un'eco- ANNI FA
lassi delle civiltà, sebbene sicuramente destinazione del territorio e alla diver- nomia di tipo globale e da una disponi-
catastrofici per gli abitanti, non sono sità biotica. I fenomeni studiati erano i bilità diffusa di tecnologie per le comu- La popolazione umana è cresciuta in modo impressionante que milioni a 500 milioni, fu associata all'avvento dell'agri-
improvvisi. La seconda ondata di decli- 13 seguenti: diversità dei vertebrati ter- nicazioni e i trasporti. Questa maggiore nell'ultimo milione di anni. Lo ha fatto in tre fasi, a ognuna coltura. La terza, da 500 milioni a 5,6 miliardi, è una diretta
ni, mediata per le quattro regioni consi- restri, deforestazione, perdita dei terreni interconnessione non omologherà ne- delle quali è seguito un periodo di stabilità. Il primo grande conseguenza dello sviluppo della civiltà industriale. Ogni ri-
derate, è durata 500 anni, pur includen- agricoli, emissioni di zolfo, di piombo e cessariamente la gente, ma anzi potrà, incremento, da 150 000 a cinque milioni di individui, coincise voluzione tecnologica ha consentito agli esseri umani di allen-
do una delle più precipitose estinzioni di tetracloruro di carbonio, riduzione paradossalmente, favorire la diversità di con lo sviluppo dei primi utensili. La seconda ondata, da cin- tare la loro dipendenza diretta dai vincoli posti dalla natura.
della storia umana: le epidemie del XVI delle popolazioni di mammiferi marini, persone e cose. Beni, informazioni e
secolo fra i nativi del Nuovo Mondo. prelievo delle acque, perdita della di- persone sono generalmente attirati dai
Le fluttuazioni nel benessere di una versità floristica, emissioni di ossidi di luoghi caratterizzati da benessere e da
intera civiltà si rispecchiano in quello carbonio, di azoto e di fosforo, modifi- grandi opportunità: queste aree risulte- mare una tale moltitudine, materie pri- della preoccupazione da parte del mon- della produzione agricola, un aumento
dei singoli individui. Con i colleghi che dei cicli sedimentari. rebbero di conseguenza caratterizzate me sufficienti per le loro necessità e i do scientifico e dell'opinione pubblica di sei volte del consumo di energia e di
della Brown University (Robert S. Per inquadrare questi cambiamenti in da una maggiore eterogeneità etnica, loro desideri, energia bastante per gli è montata, rifluita e montata di nuovo, otto volte del prodotto lordo globale.
Chen, William C. Crossgrove, Jeanne una prospettiva a lungo termine, abbia- nazionale e religiosa. spostamenti e la trasformazione delle soprattutto in questa vigilia del nuovo Molti esperti trovano questo scenario
X. Kasperson, Robley Matthews, Ellen mo anche stimato l'influenza dell'uomo All'estremo opposto delle «correnti», materie prime? E gli effetti collaterali millennio. 2-4-6-8 incredibile e certamente inso-
Messer, Sara R. Millman e Lucile F. sulla Terra negli ultimi 10 000 anni a vale a dire delle tendenze assodate, vi della produzione e dell'uso dell'energia Tra le minacce che avranno una mag- stenibile. Tali incrementi, pensano, non
Newman) ho considerato la statura me- partire dagli albori dell'agricoltura. In sono le risacche e i cavalloni che colgo- e del trattamento delle materie prime giore probabilità di concretizzarsi, di potranno essere fronteggiati con le at-
dia degli individui nel corso della storia questo periodo, l'umanità ha deforesta- no di sorpresa. Alcune frontiere nazio- mineranno la salute umana e distrugge- causare il peggior danno o affliggere il tuali tecnologie e mantenendo gli attua-
umana. Per far questo abbiamo messo to un'area netta pari a quella degli Stati nali che erano sembrate assolutamente ranno il sistema ecologico da cui in de- maggiore numero di persone, ne posso li standard di vita in un ambiente che
insieme le stime, effettuate da altri, su Uniti continentali, per lo più per colti- immutabili per molti decenni sono state finitiva la nostra specie dipende? identificare almeno tre. La prima è ha già subito sostanziali trasformazioni
scheletri di maschi adulti e abbiamo an- varla. Ogni anno, l'uomo sottrae all'i- ridisegnate nel giro di pochi mesi. La Tali questioni erano già state poste quella relativa all'introduzione di so- dell'atmosfera, dei suoli, delle falde
che considerato studi sulla statura diret- drosfera un volume di acqua maggiore reazione a specifiche situazioni di crisi - con grande efficacia 200 anni fa da stanze inquinanti: piogge acide nell'at- idriche e delle specie viventi. Di fatto,
tamente misurata in popolazioni istitu- del contenuto del Lago Huron. Metà de- come la diffusione dell'AIDS - può con- Malthus nel suo Saggio sul principio di mosfera, metalli pesanti nei suoli e per molti di questi Geremia dei nostri
zionalizzate. È ampiamente riconosciu- gli ecosistemi presenti sulle terre emer- dizionare profondamente la creazione di popolazione pubblicato nel 1798. Ma composti chimici di vario tipo nelle ac- giorni - Lester R. Brown, Paul R. e An-
to che la statura, standardizzata per se libere dal ghiaccio è stata modifica- nuove norme di comportamento umano potrebbero essere molto più antiche: già que di falda. In secondo luogo l'uma- ne H. Ehrlich, Donella H. Meadows,
classi di età e mediata sulla popolazio- ta, manipolata o utilizzata dall'uomo. I e di convivenza. Oltre alle tendenze di Tertulliano si domandava 1800 anni fa nità dovrà fare i conti con i pericoli del- Dennis L. Meadows e Jorgen Randers -
ne, riflette lo stato di nutrizione e di sa- flussi di materiali e di energia sono at- lungo termine e alle sorprese, vi sono se «la pestilenza, la carestia, le guerre e la ricaduta radioattiva, dell'impoveri- un mondo che abbia oltre cinque miliar-
lute. In questo modo, i periodi storici tualmente dello stesso ordine di gran- anche cicli di breve termine, le «maree», i terremoti debbano essere visti come mento dello strato di ozono stratosferi- di di abitanti è già sovrappopolato, visto
caratterizzati da fame e malattie posso- dezza di quelli naturali. che si sovrimpongono alle correnti. Si un rimedio per le nazioni, come un co e del riscaldamento climatico dovuto che non vi è nazione che non stia esau-
no essere distinti da quelli di abbondan- Questo cambiamento è stato in gran considerino per esempio le oscillazioni mezzo per arginare il lussureggiare del ai gas-serra. Infine, un imponente assal- rendo le proprie risorse e degradando il
za e buona salute. La nostra analisi mo- parte estremamente recente, considera- della borsa, o il fenomeno di El Nifío, genere umano». Non è sorprendente to al complesso degli esseri viventi con- proprio ambiente. Altri economisti e
stra che, lungo la storia, la statura e pre- to che, in sette dei 13 fenomeni consi- che condiziona la dinamica dell'Oceano che Malthus, il quale era nato nel 1766 tinuerà a essere impartito dalla defore- tecnologi dissentono (si veda l'articolo
sumibilmente il benessere hanno subìto derati, metà della variazione comples- Pacifico e il clima di alcuni paesi che vi e morì nel 1834, si preoccupasse del- stazione delle zone tropicali e di monta- Crescita demografica e produzione ali-
fluttuazioni. Per fare un esempio, un siva degli ultimi 10 000 anni si è verifi- si affacciano, a intervalli irregolari del- l'adeguatezza delle risorse necessarie a gna, dall'avanzata dei deserti nelle zone mentare di John Bongaarts in «Le
maschio adulto vissuto nella Britannia cata nel nostro arco di vita. A questi ra- l'ordine di anni. Esistono anche fluttua- nutrire l'Inghilterra, dal momento che semiaride, dall'estinzione di specie, so- Scienze» n. 309, maggio 1994). Essi ri-
romana era alto come o più di un ingle- pidi cambiamenti ambientali globali si zioni dell'ordine dei decenni: nei regimi visse nel bel mezzo di una fase di esplo- prattutto ai tropici. tengono che innalzando i costi delle
se del nostro secolo, ma i suoi discen- sommano ora le minacce dovute alle in- democratici, per esempio, gli sposta- sione demografica. Nel decennio della La crescita della popolazione mon- materie prime si potrà porre un freno ai
denti, vissuti nell'età vittoriana, erano stabilità politiche. E noto che le guerre, menti periodici dell'elettorato tra la sini- sua nascita, Inghilterra e Galles crebbe- diale comporta un grande aumento nel- consumi, incentivando in tal modo il ri-
più bassi. Ciò significa che i migliora- specialmente nei paesi in via di svilup- stra e la destra dello schieramento politi- ro del 7 per cento; nel decennio della la produzione e nel consumo di beni sparmio e l'inventività. Confidano che
menti nell'alimentazione, nella salute e po, sono frequentemente causate dalle co sono un fenomeno ricorrente; in eco- prima edizione del suo saggio, dell' 1 1 materiali. Nel 1989 l'International In- la creatività umana permetterà di supe-
nei mezzi di sussistenza hanno avuto, in carestie, dai disastri ambientali o dalla nomia si alternano periodi di ripresa e di per cento. Al tempo della quinta edizio- stitute of Applied Systems Analysis ha rare gli attuali limiti.
qualche caso, battute d'arresto e inver- scarsità di risorse naturali. recessione. ne dell'opera, nel 1817, la crescita de- esaminato le conseguenze economiche Ma la maggior parte di noi, rifletten-
sioni di tendenza. Qui, dove vivo e sto scrivendo, sulla mografica relativa al decennio in corso di un raddoppio della popolazione at- do appena, è in grado di comprendere la
Queste lunghe ondate di crescita e costa del Maine, lontano da questi disa- ra queste maree e tempeste, gli es- aveva raggiunto il 18 per cento. tuale. Questa analisi assume che diete situazione che ci troviamo a fronteggia-
declino in certe aree (che noi abbiamo stri, mi domando che cosa potrebbe ac- T seri umani si chiedono quali siano E neppure sorprende che questa pre- variate e ad alto contenuto nutritivo, re. Entro un periodo straordinariamente
chiamato ondate millenarie) pongono cadere nel secolo a venire. Ho delle va- le loro possibilità di sopravvivenza sul occupazione sia emersa di nuovo ne- prodotti industriali e posti di lavoro re- breve - questione di decenni - ci saran-
questioni relative alla vita umana sulla lide ragioni per pormi questa domanda: lungo termine. Potrà la popolazione u- gli anni successivi alla seconda guerra golari debbano diventare accessibili al- no da nutrire, alloggiare, educare e im-
Terra. Forse la rivoluzione scientifico- sei nipoti che a metà del prossimo seco- mana continuare a raddoppiare e rad- mondiale. A cavallo fra gli anni quaran- la grande maggioranza di 10 miliardi di piegare almeno altrettanti individui in
-industriale e l'economia globale che da lo avranno sessanta-settant'anni Men- doppiare ancora entro l'arco di vita dei ta e cinquanta vi fu un indubbio, esplo- individui. Pertanto, il raddoppio della più di quanti già vivono sulla Terra. Se
essa ha avuto origine (la quale com- tre mi sforzo di immaginare in quale nostri figli e di quello dei figli dei nostri sivo incremento demografico nei paesi popolazione richiederà molto probabil- si vorrà evitare la catastrofe, ciò potrà
prende un sistema di risposta globale mondo essi vivranno, l'oceano che ho figli? Ci sarà cibo a sufficienza per sfa- in via di sviluppo. Da allora, la marea mente un incremento di quattro volte essere fatto solo mantenendo gravi e i-

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nique disparità oppure adottando per- mente dal loro picco di cinque figli per consumo della carta è rimasto costante. glio sui problemi della crescita demo- ed etnici, non vi è dubbio che questi ab- questa o quella politica particolare ten-
corsi tecnologici e di sviluppo molto di- donna raggiunto all'indomani della se- Dovremmo riconsiderare anche gli grafica e dell'economia, vanno quanto- biano una grande importanza. Lo svi- dono a isolare dal contesto uno di questi
versi da quelli attuali. conda guerra mondiale. Lo spostamento impatti. Gli scienziati spesso non com- meno nella giusta direzione. I pessimi- luppo socioeconomico e i programmi di temi per giustificare i loro programmi,
a 2,1 nascite per donna, necessario per prendono a sufficienza gli effetti dei sti sono portati a ignorare le controten- pianificazione familiare sembrano ave- ma è evidente che una maggiore so-
aquanto è plausibile che tali per- raggiungere la crescita zero, è giunto a cambiamenti indotti dall'uomo sui si- denze o a vederle semplicemente come re la massima efficacia in Estremo O- pravvivenza infantile, un mutamento
M corsi possano essere intrapresi? metà percorso: l'attuale parametro è stemi naturali che consentono la nostra troppo esigue e tardive. Sarebbe di aiu- riente e nel Sud-Est asiatico, o comun- delle necessità lavorative, un amplia-
Personalmente traggo cauti motivi di 3,2. La transizione a bassi livelli di sopravvivenza, così da quantificare in to a entrambe le parti comprendere qua- que tra i gruppi di origine cinese. Questi mento delle opportunità per le donne e
incoraggiamento da due serie di tenden- mortalità è più avanzata. Nei paesi in modo adeguato le minacce a questi si- li e quante forze siano all'opera, invisi- programmi sono ugualmente molto ef- l'accesso al controllo delle nascite sono
ze che percepisco, anche se non com- via di sviluppo, dopo la seconda guerra stemi e sapere che cosa li sostituisce bili o meno. Finora, le conoscenze sono ficaci quando vengono condotti su isole tutte conseguenze correlate del proces-
prendo completamente. La prima serie mondiale l'aspettativa di vita alla nasci- quando essi vanno incontro a degrado. alquanto frammentarie. Si considerino di superficie limitata e particolarmente so di sviluppo.
riguarda cambiamenti già visibili nelle ta era di 40 anni. Ora è aumentata a 65 Vi è nella ricerca una sorta di deforma- per esempio le tendenze demografiche. popolose. La nostra comprensione del declino
«correnti» che ci portano verso il futu- anni, giungendo a due terzi del percorso zione che incoraggia l'identificazione Quali forze hanno condotto a un decli- Se, come gli studi sembrano dimo- della fertilità, così come quella delle di-
ro. La seconda serie concerne l'adatta- verso l'ideale dei 75 anni, se assumia- degli effetti dannosi piuttosto che la de- no della fertilità? strare, «è lo sviluppo il miglior contrac- namiche che controllano l'inquinamen-
bilità umana che si esprime sotto forma mo come modello i paesi sviluppati. Il terminazione dei cicli di retroazione ne- Si sono fatte molte ricerche per tenta- cettivo», non è chiaro quali aspetti dello to e l'abbassamento del contenuto di
di istituzioni, tecnologie e, soprattutto, rallentamento generalizzato dei tassi di gativa in grado di moderare il danno. re di valutare le dinamiche e i contributi sviluppo siano più determinanti. Gli carbonio nei combustibili fossili, rima-
idee innovative. crescita demografica (per quanto ancora Per esempio, la documentazione recen- apportati dallo sviluppo economico e analisti sostengono che, con il progredi- ne incompleta. Per ognuno di questi ar-
Per illustrare alcuni cambiamenti fa- molto modesto in Africa) è un motivo te mostra che la biomassa forestale in sociale e dai programmi di pianificazio- re dello sviluppo, diminuiscono il biso- gomenti non vi è certamente penuria di
vorevoli, si consideri l'equazione IPBT. di incoraggiamento circa la possibilità Europa non solo sopravvive, ma sta ad- ne familiare alla diminuzione delle na- gno e il desiderio di mettere al mondo spiegazioni sovrasemplificate, mentre
Formulata inizialmente da Paul Ehrlich che la vita possa mantenersi sulla Terra. dirittura aumentando, nonostante gli scite. Molti studi riguardanti la maggior più figli, dal momento che si abbassa la vi è difficoltà a distinguere quali impe-
della Stanford University e da John P. Il termine «benessere» può essere an- enormi carichi di inquinanti e di piogge parte dei paesi in via di sviluppo hanno mortalità infantile, diminuisce la neces- gni abbiano dato i risultati desiderati.
Holdren della Università della Califor- che autolimitante: «Ricco è sinonimo di acide. Il fenomeno potrebbe dipendere riscontrato che il livello di benessere è sità del lavoro minorile e aumenta quel-
nia a Berkeley, essa viene ora utilizzata pulito». L'Earth Transformed Project da una azione di fertilizzazione da parte strettamente associato al declino della la di dare ai figli un'istruzione. Lo svi- T cambiamenti necessari a mitigare la
per quantificare in modo semplice gli rileva che i tassi di incremento per cin- degli stessi inquinanti chimici che stan- natalità (lo giustifica almeno per due luppo comporta anche una riduzione I straordinaria domanda di energia e di
impatti ambientali negativi indotti dal- que dei 13 fenomeni studiati tendono no causando il danno. La natura potreb- terzi). Altre ricerche indicano che i pro- del tempo disponibile per allevare la materie prime richiedono una compren-
l'uomo. Il termine che rappresenta l'im- attualmente a diminuire; l'andamento be essere in realtà più resistente di grammi di pianificazione familiare con- prole e crea maggiori opportunità per le sione più fondamentale dell'impatto che
patto (I) è funzione della popolazione favorevole riguarda l'estinzione di ver- quanto di solito la si consideri. tribuiscono per un ulteriore 15-20 per donne di accedere a un'adeguata istru- l'uomo ha sulla Terra. Ma il mondo non
(P), del livello di benessere (B) e del- tebrati e di mammiferi marini così co- Gli ottimisti fanno rilevare queste cento alla riduzione della fertilità. An- zione e a un lavoro meglio retribuito. può attendere più di tanto che maturi
la tecnologia disponibile (7). Pertanto me le emissioni di piombo, zolfo e te- contTotendenze argomentando che, an- che se pochi sono gli studi che prendo- Infine, facilita l'accesso ai metodi di questa comprensione. Sappiamo che
questa formula rende bene ciò che sem- tracloruro di carbonio. Questi «temi» che se sono insufficienti ad avere la me- no in considerazione i fattori culturali controllo delle nascite. I sostenitori di dobbiamo accelerare le tendenze favore-
pre più viene recepito dalla coscienza sono stati oggetto di drasti-
comune: l'ambiente non è messo in pe- che attenzioni normative da
ricolo solo da un'enorme crescita della parte delle autorità dei pae-
popolazione (come si tende a ritenere si più ricchi.
nei paesi industriali) o solo dall'uso L'economia e la tecnolo- Statura 178 cm 160 cm 175 cm 170 cm 173 cm
smodato e sempre crescente di energia gia incoraggiano nell'indu-
e progresso
e materie prime (come si tende a ritene- stria un minor impiego di
tecnologico
re nei paesi poveri). Le due ragioni so- materie prime e di energia;
no del tutto concomitanti. Le stime del- lo slogan è: «Fare di più
i a statura media, un in-
le fonti dei gas-serra, per esempio, pre- con meno». Dalla metà del
I— dice standard del
sumono che la maggior parte di queste XIX secolo, il carbonio
benessere generale, ha
sostanze si formino nei paesi ricchi, ma usato per unità di prodotto
subito varie fluttuazioni
le nazioni in via di sviluppo contribui- è andato diminuendo ogni nel tempo. I cacciatori-
ranno come minimo in pari misura in anno dell'1,3 per cento. A -raccoglitori delle regio-
capo a 20 o 30 anni, se verranno mante- ciò si è contribuito usando ni mediterranee orienta-
nute le attuali tendenze. Il termine «tec- combustibili sempre meno li, che beneficiavano di
nologia» esprime anche il potenziale ricchi di carbonio (per lo una dieta molto ricca di
che scienza, tecnologia e società hanno 0,3 per cento) e usando me- calorie e proteine, rag-
nell'alterare gli impatti di ogni dato li- no energia per unità di pro- giungevano una altezza
vello di popolazione e di benessere. dotto (per l' 1 per cento). di circa 178 centimetri.
La crescita della popolazione e del Questi progressi nell'uso I primi agricoltori della
benessere e la diffusione delle tecnolo- dell'energia non sono stati, stessa area misuravano
solo 160 centimetri. Essi
gie sono «correnti» di grande scala che tuttavia, sufficienti a com-
avevano una dieta a ba-
ci spingono verso un mondo più caldo, pensare la crescita annuale
se di cereali e subivano
affollato, interconnesso e diversifica- dell'economia (3 per cen-
un notevole logoramen-
to. Ma per ognuna delle variabili IPBT to). Ciò ha condotto a un
to fisico per la loro fati-
vi sono controcorrenti già operanti. La incremento globale annuo
cosa attività. Gli agricol-
crescita sta rallentando e i limiti sono nelle emissioni di anidride tori dell'alto Medioevo
già all'orizzonte. Si consideri il proble- carbonica pari all'1,7 per europeo misuravano in
ma della popolazione e si torni al qua- cento. media circa 175 centi-
dro tracciato da Deevey per descrivere Una tendenza simile si metri. Essi beneficiava-
l'andamento demografico dell'umanità. riscontra anche nell'impie- no presumibilmente di
Ci troviamo ora nell'ultima fase della go di minori quantità di migliori tecniche agrico-
terza grande ondata di crescita demo- materie prime per unità di le. La statura media di-
grafica, vale a dire nel pieno di una prodotto. Stiamo usando minuì nuovamente di cir-
transizione da un mondo caratterizzato meno acciaio e cemento, ca cinque centimetri in-
da alti indici di natalità e di mortalità a ma più alluminio e compo- torno all'inizio della Ri-
voluzione industriale. I
un mondo con bassi indici. Per comple- sti chimici di vario tipo
cittadini attuali degli Sta-
tare questa transizione in Inghilterra so- (anche se il picco è già sta-
ti Uniti sono moderata-
no occorsi 150 anni, ma la transizione to raggiunto e si sta già ri-
mente più alti. CACCIATORE-RACCOGLITORE AGRICOLTORE AGRICOLTORE EUROPEO
nei paesi in via di sviluppo sta avvenen- ducendo l'impiego dell'u- MEDITERRANEO ORIENTALE MEDITERRANEO ORIENTALE EUROPEO DELLA PRIMA ETÀ INDUSTRIALE STATUNITENSE
do con rapidità molto maggiore di no e degli altri). A dispetto (30 000-9000 anni fa) (5000-3000 anni fa) (1350-1150 anni fa) (125 anni fa) ATTUALE
quanto non ci si aspettasse. della rivoluzione televisiva
I tassi di natalità sono scesi notevol- e di quella informatica, il

108 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 109
voli e fermare quelle distruttive. Una delle società multinazionali. Queste so- ne industriale per produrre un nuovo
specie che è in grado di porsi domande no responsabili di molti dei cambia- modello di frigorifero a basso consu- su temi ambientali in 12 paesi indu-
sulla propria sopravvivenza può anche menti indotti dall'uomo che hanno luo- mo energetico e privo di gas dannosi strializzati e 12 in via di sviluppo (Eu-
Unificazione o frantumazione
lottare per adattarsi a un mondo più cal- go in tutto il mondo; in misura sempre per l'ozono stratosferico. Molto presto ropa orientale compresa) e sorprenden-
do, affollato e interconnesso. Nuove i- maggiore, tuttavia, esse contribuiscono questo frigorifero sarà disponibile sul temente ha riscontrato piccole differen- della scienza? Successi e limiti
stituzioni, nuove tecnologie e nuove i- a diffondere le capacità tecnologiche e mercato. In alcuni paesi, come l'India, ze nelle risposte. Perfino l'attribuzione
dee stanno già definendo linee di svilup- la mentalità adatte per affrontare i pro- si cercherà di passare direttamente ai di una causa ai vari problemi («sovrap- dell'applicazione della matematica
po innovative che il mondo dovrebbe se- blemi ambientali. Infine, ultima in ordi- frigoriferi della nuova generazione. In popolazione» e «consumo delle risorse
guire per costruire un futuro sostenibile. ne di considerazione, ma per molti versi alcuni paesi dell'Est europeo, le socie- del Pianeta da parte dei paesi industria- alle diverse branche del sapere
In un mondo più interconnesso e di- prima in ordine di importanza, vi è la tà telefoniche stanno incentivando di- li») viene data in modo statisticamente
sono esaminati nel quaderno
versificato, stanno emergendo tre serie vera e propria esplosione di organizza- rettamente i sistemi di comunicazione uguale tanto dai residenti dei paesi ric-
di importanti iniziative transnazionali. zioni internazionali non governative e senza fili, invece di tentare di ricostrui- chi, quanto da quelli dei paesi poveri. di «Le Scienze»
Le più note sono quelle governative: or- di volontariato che si occupano di am- re la fatiscente infrastruttura basata sui Contemporaneamente a questa diffusa
ganizzazioni internazionali, trattati e at- biente e sviluppo. Si stima che esistano cavi telefonici. preoccupazione nei confronti dell'am- MODELLI MATEMATICI
tività varie. Attualmente vi sono circa circa 200 000 gruppi, sempre più orga- Il campo di studi e di azioni che e- biente, stanno via via emergendo con-
170 trattati internazionali incentrati nizzati in reti internazionali. merge, cui si dà il nome di ecologia in- vinzioni più profonde. Questa tendenza a cura di Giorgio Israel.
sull'ambiente. Nuove istituzioni inter- In un mondo sempre più affollato e dustriale, cerca di avvalersi dei mecca- è testimoniata dalle sfide fondamentali
nazionali, come la United Nations caratterizzato da maggiori consumi, una nismi di competizione ed efficienza del all'antropocentrismo, dagli sforzi per
Commission on Sustainable Develop- soluzione consiste nell'utilizzare le tec- mercato per rendere minimo il consumo risolvere i conflitti tra ambiente ed eco-
ment, sono preposte alla supervisione nologie che richiedono modeste quan- di energia e di materie prime e per ri- nomia e dalle nuove istanze di equità
degli accordi stipulati a Rio de Janeiro tità di ingredienti di base: energia, ma- durre la produzione di rifiuti. In un fu- tra specie, luoghi, popoli e generazioni.
nel 1992. La Global Environmental Fa- terie prime e informazione. Come di- turo più lontano si avranno forse oppor- Quindici anni fa Lionel Tiger, della
cility mette a frutto i fondi e le capacità mostrano le tendenze a lungo termine, tunità più sostanziali di venire incontro Rutgers University, avanzò l'ipotesi
della Banca Mondiale, dell'UN Deve- vi è già stata una riduzione dell'energia alle necessità di sostentamento del ge- che esistesse una «biologia della spe-
lopment Program (UNDP) e dell'UN e delle materie prime richieste per unità nere umano senza per questo aumentare ranza», un'inclinazione evolutiva del-
Environment Program (UNEP). Ugual- di prodotto, ed esiste la possibilità di i carichi sull'ambiente. Questo traguar- l'uomo verso l'ottimismo che controbi-
mente noto, anche se di solito non per la accelerare queste tendenze. Di recente, do potrà essere raggiunto attraverso la lancia, almeno in parte, le preoccupa-
sua dimensione ambientale, è il ruolo per esempio, si è avuta una competizio- scienza e l'ingegneria dei processi bio- zioni che possiamo esprimere attraver-
logici, lo sviluppo di nuove fonti di so domande come «Potrà durare la vita
energia e di nuovi metodi di trasmissio- sulla Terra?».
ne, la creazione di materiali innovativi Per quanto non mi senta persuaso
La preoccupazione per l'ambiente è generalizzata e, infine, la sostituzione con le nuove dalle argomentazioni, alquanto incon-
tecnologie informatiche sia dell'energia sistenti, di Tiger, condivido il suo otti-
onostante le differenze fra natalità, disponibilità di tecnologie e livello di be- sia dei materiali. mismo. Non perché io nutra eccessiva
N nessere, la gente dei paesi industrializzati e di quelli in via di sviluppo con- La biotecnologia produrrà raccolti fiducia nella mano invisibile del «mer-
divide un'apprensione di fondo circa l'impatto delle attività umane sulla Terra. Un
che richiederanno meno fertilizzanti e cato» o nel cambiamento tecnologico
sondaggio Gallup condotto nel 1993 poneva a individui di 24 paesi la seguen-
pesticidi. Le nanotecnologie e la mi- o, ancora, nell'ipotesi di Gaia, formula-
te domanda: «Quanto ti preoccupano i problemi ambientali?». Le risposte indica-
croelettronica consentiranno di svilup- ta da James E. Lovelock, per il quale
no che «grande» e «moderata» preoccupazione erano atteggiamenti dominanti
pare macchine e processi che comporte- sarebbe la vita stessa a essere in grado
ovunque.
ranno minor impiego di materiali e di determinare le condizioni della pro-
quindi produrranno meno rifiuti. pria sopravvivenza. Per il vero, non ri-
PAESI INDUSTRIALIZZATI pongo neppure eccessiva fiducia nella
PORTOGALLO 46% mi 90% otenzialmente più significativa del- saggezza e nell'energia dei miei nipoti
CANADA 37 -AM11111111W 1111. 89 p la creazione di nuove istituzioni o e dei loro figli. Conservo, però, delle
STATI UNITI 38 85 dello sviluppo di tecnologie più avanza- speranze perché è semplicemente ne-
REGNO UNITO 28 111~1111L 81 te potrà essere la combinazione di idee cessario farlo se noi, in quanto specie,
NORVEGIA 18 77 innovative e di una sempre maggiore divenuti coscienti dell'improbabile e Sei numeri all'anno
preoccupazione per l'ambiente. Per so- straordinario viaggio intrapreso dalla Prezzo di copertina L. 11.000.
IRLANDA 22 73
PAESI BASSI 16 4111111•1n 11111. 71 stenere la vita umana sulla Terra bi- vita nell'universo, vorremo in qualche
sogna mettere bene a fuoco tre concet- modo sopravvivere.
GIAPPONE 23 66
ti fondamentali: la coabitazione con il
GERMANIA 14 63 mondo naturale è necessaria; esistono In questo numero:
FINLANDIA 16 63 limiti per l'attività umana; i benefici Immagini matematiche della realtà di G. Israel
DANIMARCA 12 53 Mi GRANDE dell'attività umana devono essere più Legge e ordine nell'universo: il teorema KAM di J.Hubbard
SVIZZERA 12 42 EN MODERATA ampiamente condivisi. BIBLIOGRAFIA e J.B. Burke Hubbard
Queste idee stanno diffondendosi Il moto browniano da Einstein a oggi di B.H. Lavenda
PAESI IN VIA DI SVILUPPO sempre di più: lo scorso inverno ebbi TURNER B. L. II, CLARK WILLIAM C.,
Teoria dei nodi e meccanica statistica di V.F.R. Jones
FILIPPINE 55% 1.1111 94% occasione di assistere al concerto di un KATES ROBERT W., RICHARDS JOHN F.,
NIGERIA 71 11111111111n 111111n 11 87 coro formato da 500 bambini, tra cui vi MATHEWS JESSICA T. e MEYER WILLIAM Il caos di J. P. Crutchfield, J. D. Farmer, N.H. Packard e R. Shaw
MESSICO 50 "11111.1~1~ 83 erano i miei nipoti. Mi colpì la relativa B. (a cura), The Earth as Transformed Caos e trattali in fisiologia umana di A.L. Goldberger,
URUGUAY 38 11111~1~ 82 assenza dei canti patriottici che aveva- by Human Action: Global and Regio- D.R. Rigney e B.J. West
BRASILE 53 80 no accompagnato la mia infanzia e la nal Changes in the Biosphere over the Morte improvvisa: un problema di topologia di A.T. Winfree
COREA DEL SUD 22 80 loro sostituzione con canti e inni a ca- Past 300 Years, Cambridge University Topologia e previsione delle proprietà chimiche di D.H. Rouvray
rattere ambientalistico. E la mia mera- Press, 1990.
UNGHERIA 32 ~1~1~11 79 viglia continua nel constatare, a ogni MEADOWS D. H., MEADOWS D. L. e I modelli matematici e l'ambiente naturale di R. Pennacchi
RUSSIA 41 78 «Giornata della Terra», come in 25 anni RANDERS J., Beyond the Limits: Con- Le code di M.A. Leibowitz
INDIA 34 77 sia cambiata la coscienza etica dei gio- fronting Global Collapse, Envisioning Le basi della teoria economica di B. Guerrien
CILE 30 70 vani americani. Ma io sto parlando di a Sustainable Future, Chelsea Green,
Scelte collettive razionali di D.H. Blair e R.A. Pollak
TURCHIA 12 40 GRANDE quello che avviene nel Maine; sarà lo 1992.
POLONIA 4 25 • MODERATA stesso nel resto del mondo? AUSUBEL JESSE H. e LANGFORD H. DA- Programmazione lineare e allocazione delle risorse di R.G. Bland
Uno studio intrapreso nel 1993 da LE (a cura), Technological Trajectories
FONTE: Health of the Planet, George H. Gallup, Interna> iena! Institute, 1993 Riley E. Dunlap e dall'organizzazione and the Human Environment, National
Gallup ha messo a confronto le opinioni Academy Press, 1994.
110 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 111
L'evoluzione dell'universo
Circa 15 miliardi di anni fa, da un grumo denso e caldo di materia ed
energia ebbe origine l'universo che poi, espandendosi e raffreddandosi,
diede forma a galassie, stelle e pianeti come noi oggi li conosciamo
di P. James E. Peebles, David N. Schramrn, Edwin L. Tumer e Richard G. Kron
n un istante singolare, circa 15 mi- ne grande la metà di quanto sia oggi, le da uno stato iniziale molto denso. Oggi
liardi di anni fa, tutta la materia e reazioni nucleari nell'interno delle stelle questa teoria non si trova di fronte a pro-
/ l'energia che oggi osserviamo, con- avevano già prodotto gran parte degli blemi insormontabili, seppure esistano
centrata in una regione più piccola di una elementi pesanti che costituiscono i pia- ancora questioni irrisolte. Non si sa esat-
monetina, cominciò a espandersi e a raf- neti di tipo terrestre. Il sistema solare è tamente, per esempio, come si siano for-
freddarsi a velocità incredibile. Quando relativamente giovane: si formò cinque mate le galassie, ma d'altra parte non c'è
la temperatura fu scesa a 100 milioni di miliardi di anni fa, quando l'universo motivo di dubitare che questo sia avve-
volte quella del nucleo del Sole, le forze aveva raggiunto i due terzi delle sue di- nuto nel quadro generale del big bang.
della natura avevano ormai assunto le mensioni attuali. Col passare del tempo Anzi, si può affermare senz'altro che le
proprie caratteristiche attuali e le parti- il processo di formazione delle stelle ha previsioni di questa teoria abbiano supe-
celle elementari che chiamiamo quark consumato le riserve di gas delle galas- rato tutte le verifiche cui sono state sotto-
vagavano libere in un mare di energia. sie, e quindi la popolazione stellare è in poste finora.
Dopo che l'universo si fu ingrandito di diminuzione. Tra 15 miliardi di anni le Tuttavia il modello del big bang arriva
oltre 1000 volte, tutta la materia che oggi stelle come il Sole saranno relativamen- solo fino a un certo punto e alcuni misteri
misuriamo riempiva una regione grande te rare e questo renderà l'universo meno fondamentali continuano a rimanere tali.
quanto il sistema solare. accogliente per osservatori come noi. Com'era l'universo prima dell'espansio-
A questo punto i quark persero la L'interpretazione della genesi e del- ne? (Nessuna delle osservazioni compiu-
propria libertà e si ritrovarono confinati l'evoluzione dell'universo è una delle te fino a oggi ci permette di spingerci con
all'interno dei neutroni e dei protoni. grandi conquiste della scienza del XX se- lo sguardo oltre il momento in cui questa
Dopo un'ulteriore crescita di un fattore colo ed è il risultato di decenni di esperi- espansione ha avuto inizio.) Che cosa ac-
1000, i protoni e i neutroni si combina- menti e teorie innovative. Gli attuali tele- cadrà nel lontano futuro, quando l'ultima
rono a formare nuclei atomici, compre- scopi, sia a terra sia nello spazio, raccol- stella avrà esaurito la propria provvista di
sa la maggior parte dell'elio e del deu- gono la radiazione di galassie lontane mi- combustibile nucleare? Ancora non si sa.
terio oggi esistenti. Tutto questo si veri- liardi di anni luce, mostrandoci com'era
ficò nel primo minuto di espansione. l'universo primordiale; intanto gli accele- universo può essere visto da diverse
Ma l'universo era ancora troppo caldo ratori di particelle esplorano le basi fisi- L prospettive, con gli occhi del misti-
per permettere ai nuclei atomici di cat- che degli ambienti di alta energia, quale co, del teologo, del filosofo o dello
turare elettroni. Gli atomi neutri fecero era l'universo ai suoi inizi, e i satelliti ri- scienziato; la scienza procede coi piedi
la loro comparsa in gran numero sola- levano la radiazione cosmica di fondo re- di piombo, accettando solo quanto è ve-
mente dopo 300 000 anni di espansione, sidua delle prime fasi dell'espansione, rificato da esperimenti o da osservazio-
quando l'universo era già arrivato a un fornendo un'immagine dell'universo alle ni. Albert Einstein enunciò la teoria del-
millesimo delle sue dimensioni attuali. scale più grandi osservabili. la relatività generale, ormai ben verifi-
Questi atomi neutri cominciarono poi I nostri tentativi più riusciti di organiz- cata e accettata da tutti, che stabilisce i
ad addensarsi in nubi di gas che in se- zare questa abbondanza di dati si concre- rapporti tra massa, energia, spazio e
guito si evolvettero in stelle. Quando tizzano in una teoria che prende il nome tempo. Egli dimostrò come una distribu-
l'universo ebbe raggiunto dimensioni di modello cosmologico standard, o teo- zione omogenea di materia nello spazio
pari a un quinto di quelle attuali, le stel- ria cosmologica del big bang. L'afferma- si adatti bene alla sua teoria e ipotizzò
le avevano ormai formato gruppi rico- zione principale di questa teoria è che, a senza porsi problemi che l'universo sia
noscibili come giovani galassie. grande scala, l'universo si sta espanden- statico, invariante a grande scala (si ve-
Nel momento in cui l'universo diven- do in maniera quasi omogenea a partire da l'articolo Come la cosmologia diven-
ne una scienza di Stephen G. Brush in
«Le Scienze» n. 290, ottobre 1992).
Nel 1922 il teorico russo Alexander
Questo ammasso di galassie è rappresentativo di come appariva l'universo quando A. Friedmann si rese conto che l'univer-
aveva un'età pari al 60 per cento di quella attuale. Lo Hubble Space Telescope ha so di Einstein è instabile: la minima per-
ottenuto questa immagine rimanendo puntato sull'ammasso per 10 orbite comple- turbazione potrebbe indurlo a espandersi
te intorno alla Terra. Si tratta di una delle esposizioni più lunghe e nitide mai rea- o a contrarsi. Nel frattempo Vesto M.
lizzate. Diverse coppie di galassie dell'ammasso sembrano attrarsi reciprocamen- Slipher del Lowell Observatory stava
te, una forma di interazione che si riscontra solo raramente negli ammassi più vi- raccogliendo le prime indicazioni del
cini a noi. Questo è un evidente indizio del fatto che l'universo si sta evolvendo. fatto che in realtà le galassie si allontana-
LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 27
no l'una dall'altra. Poi, nel 1929, Edwin analoga allo spazio e i chicchi di uvetta Hubble fornì anche un altro elemento bole sia effettivamente più lontana. Per
P. Hubble dimostrò che la velocità di al- agli ammassi di galassie. All'espandersi essenziale del quadro: contando il nume- fortuna esiste un'indicazione diretta del
lontanamento delle galassie è all'incirca della pasta le uvette si allontanano le une ro di galassie visibili nel cielo in direzio- fatto che gli oggetti con grande sposta-
proporzionale alla loro distanza da noi. dalle altre, e la velocità di allontanamen- ni diverse, riscontrò che esse sembrano mento verso il rosso siano davvero più
Il fatto che l'universo sia in espansione to reciproco è direttamente legata alla distribuite in maniera piuttosto uniforme. lontani: l'effetto cosiddetto di lente gra-
comporta che esso sia passato da una si- quantità di pasta che le separa e cresce Anche il valore della costante di Hubble vitazionale (si veda l'illustrazione nella
tuazione di alta densità alla attuale distri- con l'aumentare di questa. pareva uguale in tutte le direzioni, conse- pagina a fronte). Un oggetto compatto e
buzione estremamente sparpagliata delle guenza necessaria di un'espansione uni- di grande massa come una galassia può
galassie. Il cosmologo inglese Fred Hoy- ormai da quasi 60 anni che si accu- forme. Le più recenti ricognizioni del comportarsi allo stesso modo di una lente mmenctmr, mniFtrizz7
le fu il primo a chiamare questo fenome- E mulano prove dell'espansione del- cielo confermano l'ipotesi fondamentale molto grezza e può produrre un'immagi- ~ma" tfv"wirssiv
no «big bang». Con l'appellativo scher- l'universo. Il primo indizio importante è che su grande scala l'universo sia omo- ne distorta e ingrandita (o anche numero-
zoso di «gran botto» egli intendeva in stato lo spostamento verso il rosso o red- geneo. La distribuzione delle galassie vi- se immagini) di una sorgente di radiazio- -igeb..~erewszvantrisr,~-
realtà mettere in ridicolo la teoria, ma shift. Una galassia emette o assorbe certe cine denota una certa tendenza a formare ne che si trovi dietro a esso. Questo av- akmite414,vasaiiss~r-
l'espressione finì per attecchire perdendo lunghezze d'onda della radiazione più aggregati, ma se si va più in profondità si viene perché l'oggetto che fa da lente de-
la connotazione negativa, anche se è un fortemente di altre formando righe di nota una uniformità notevole. via la traiettoria dei fasci di radiazione -./_ Nolswa~ -
po' fuorviante descrivere il fenomeno co- emissione o di assorbimento nello spet- La Via Lattea, per esempio, fa parte elettromagnetica. Quindi, se una galassia .F-.
me una sorta di esplosione della materia tro. Se la galassia si allontana, queste ri- di un agglomerato di una ventina di ga- si trova lungo la linea di vista che unisce
a partire da un certo punto dello spazio. ghe si spostano a lunghezze d'onda mag- lassie, il quale a sua volta appartiene a la Terra a un oggetto ancor più lontano,
In realtà la situazione è del tutto diver- giori - cioè diventano più rosse - in pro- un complesso di galassie che forma una devierà la radiazione proveniente da que-
sa: nell'universo di Einstein il concetto di porzione alla velocità di allontanamento. protuberanza del cosiddetto superam- st'ultimo rendendola visibile (si veda In questa mappa che comprende oggetti posti a una distanza compresa tra 300
spazio e quello di distribuzione della ma- Le misurazioni di Hubble indicavano masso locale. Si è riusciti a seguire la l'articolo Le lenti gravitazionali di Edwin milioni e un miliardo di anni luce, l'omogeneità della distribuzione delle galassie è
teria sono profondamente legati e la re- che lo spostamento verso il rosso di una gerarchia degli ammassi fino a una di- L. Turner in «Le Scienze» n. 241, settem- evidente. L'unica disomogeneità, la lacuna in corrispondenza della linea centrale,
cessione delle galassie non è che la ma- galassia lontana è maggiore di quello di mensione di circa 500 milioni di anni bre 1988). Negli ultimi dieci anni si sono è dovuta al fatto che quella parte del cielo è nascosta dalla Via Lattea. La mappa
nifestazione del dispiegarsi dello spazio un oggetto più vicino alla Terra. Questa luce, riscontrando che le fluttuazioni scoperte più di dieci lenti gravitazionali e è stata realizzata da Michael Strauss dell'Institute for Advanced Study di Prince-
stesso. Una caratteristica fondamentale relazione, che oggi si chiama legge di nella densità media della materia dimi- in tutti i casi l'oggetto posto dietro la len- ton sulla base dei dati rilevati dal]. Infrared Astronomica! Satellite della NASA.
della teoria è che la densità media dello Hubble, è proprio quella che ci si aspet- nuiscono al crescere della scala delle te ha rivelato uno spostamento verso il
spazio diminuisce (ovunque) al progredi- terebbe in un universo in espansione strutture esaminate. Nelle carte che arri- rosso superiore a quello della lente stes-
re dell'espansione; la distribuzione della uniforme. La legge di Hubble afferma vano fino al limite osservabile dello sa, confermando almeno in termini quali-
materia non forma un confine osservabi- che la velocità di recessione di una ga- spazio, la densità media della materia tativi le previsioni di Hubble. che per misurare sia la distanza delle ga- tempo fa, quelle lontane debbano sem-
le. In una esplosione le particelle più ve- lassia è pari alla sua distanza moltiplica- varia di meno dell'uno per mille. La legge di Hubble è estremamente lassie sia la densità dell'universo. Le sti- brare più giovani di quelle vicine, dato
loci avanzano in uno spazio vuoto e defi- ta per un parametro, detto costante di Per verificare la legge di Hubble oc- significativa non soltanto perché descri- me della durata dell'espansione consen- che la loro luce impiega più tempo per
niscono una frontiera, ma nella cosmolo- Hubble. L'effetto di spostamento verso corre misurare la distanza delle galassie. ve l'espansione dell'universo, ma anche tono anche una verifica importante del raggiungerci. Queste galassie dovrebbero
gia del big bang lo spazio è uniforme- il rosso è relativamente difficile da indi- Un metodo per valutarla è quello di os- perché permette di calcolarne l'età. Per modello del big bang. Se la teoria è cor- contenere più stelle dei tipi a vita breve e
mente pieno di particelle. L'espansione viduare nelle galassie vicine, per le quali servarne la luminosità apparente: se una la precisione, il tempo trascorso a partire retta, tutto ciò che esiste nell'universo vi- più gas dal quale si formeranno nuove
dell'universo ha avuto scarsa influenza occorre far uso di strumenti particolar- galassia è quattro volte meno brillante di dal big bang è funzione del valore attua- sibile dovrebbe avere un'età inferiore alla generazioni di stelle.
sulla dimensione delle galassie e persino mente precisi, mentre lo spostamento un'altra del tutto paragonabile, si suppo- le della costante di Hubble e della velo- durata dell'espansione dedotta dalla leg- La verifica di queste previsioni con-
degli ammassi di galassie, perché queste verso il rosso della luce di oggetti molto ne che sia due volte più lontana. Questa cità con cui questa varia. Si è riusciti a ge di Hubble. trastanti è semplice da un punto di vista
strutture sono legate dalla gravità; è lo lontani, come le radiogalassie e i quasar, ipotesi è stata verificata ormai a tutte le misurare il primo parametro con buona Queste due scale temporali sembrano concettuale, ma sono occorse decine di
spazio tra di esse che si sta aprendo pro- è un fenomeno di proporzioni imponen- distanze accessibili all'osservazione. approssimazione, ma nessuno ha ancora effettivamente in accordo, almeno in ma- anni per realizzare rivelatori abbastanza
gressivamente. In questo senso l'espan- ti: alcuni di questi oggetti sembrano Come fanno notare alcuni critici della potuto misurare il secondo in maniera niera approssimativa. Per esempio le stel- sensibili da studiare in maniera così
sione assomiglia alla lievitazione di un sfrecciare via a velocità superiori al 90 teoria del big bang, non è detto che una precisa. le più vecchie nel disco della Via Lattea dettagliata le galassie lontane. Quando
dolce con le uvette: la pasta che lievita è per cento di quella della luce. galassia apparentemente più piccola e de- Si può comunque fare almeno una sti- hanno circa nove miliardi di anni, una va- si esaminano le galassie vicine che sono
ma di questa variabile partendo dal valo- lutazione che deriva dalla velocità di raf- anche intense radiosorgenti, alle lun-
re della densità media dell'universo. Ci si freddamento delle nane bianche. Le stelle ghezze d'onda del visibile si vede un si-
aspetterebbe che, dato che la gravità eser- dell'alone della Via Lattea sono un poco stema di stelle relativamente tondeg-
cita una forza che si oppone all'espansio- più vecchie, circa 15 miliardi di anni, se- giante; le radiogalassie lontane, al con-
ne, la velocità di allontanamento recipro- condo quanto si ricava dalla velocità con trario, presentano di norma una struttu-
co delle galassie vada diminuendo col cui consumano il combustibile nucleare. ra allungata, a volte irregolare. Inoltre
tempo. Quindi la velocità di variazione Anche l'età degli elementi chimici più nelle radiogalassie più lontane la distri-
della costante di Hubble deve dipende- vecchi che si conoscano è di circa 15 mi- buzione della luce visibile tende a corri-
re dall'attrazione gravitazionale dell'uni- liardi di anni, come si deduce applicando spondere con quella dell'emissione ra-
verso, a sua volta determinata dalla den- le tecniche di radiodatazione. E notevole dio, diversamente da quanto avviene
sità media. Se la densità fosse data sol- che questi risultati concordino, almeno per quelle vicine (si veda l'illustrazione
tanto dalla materia osservabile nelle ga- approssimativamente, con l'età dell'uni- in alto alle pagine 30 e 31) .
lassie e intorno a esse, l'età dell'universo verso ricavata dall'espansione cosmica. Analogamente, studiando la popola-
sarebbe probabilmente compresa tra 12 e zione degli ammassi di galassie più densi
20 miliardi di anni (dove l'intervallo di siste un'altra teoria capace di spiega- e massicci, si riscontrano differenze tra
età rispecchia l'incertezza del valore del- E re l'espansione e l'omogeneità del- quelli vicini e quelli lontani. Questi ulti-
la velocità di espansione). l'universo, quella dello stato stazionario mi contengono galassie bluastre nelle
Molti studiosi ritengono però che la proposta nel 1946 da Hoyle, Hermann quali è chiaramente in corso la formazio-
densità dell'universo sia maggiore di Bondi e Thomas Gold. Secondo questa ne di nuove stelle. Ammassi vicini analo-
questo valore minimo; la massa in più sa- teoria l'universo si espande per sempre, e ghi contengono galassie rossastre nelle
rebbe costituita dalla cosiddetta materia una creazione spontanea e progressiva di quali la formazione stellare attiva cessò
oscura. Secondo un'argomentazione che materia provvede a colmare i vuoti che molto tempo fa. Secondo le osservazioni
alcuni sostengono con grande vigore, l'espansione crea. La materia così pro- dello Hubble Space Telescope, la vivace
l'universo ha proprio la densità sufficien- dotta si aggregherebbe formando nuove formazione di stelle negli ammassi più
te a far sì che in un futuro lontanissimo stelle che sostituirebbero via via quelle giovani potrebbe dipendere almeno in
l'espansione rallenti fin quasi a fermarsi. vecchie. Secondo questa ipotesi dello sta- parte da collisioni tra galassie dell'am-
In questa ipotesi la stima dell'età del- to stazionario, i gruppi di galassie vicini a masso, un fenomeno oggi molto più raro.
l'universo diminuisce fino a un valore noi dovrebbero apparire in media simili a Se quindi tutte le galassie si allontana-
Queste immagini multiple di un quasar lontano (a sinistra) so- posta sulla linea di vista devia la luce proveniente da un ogget- compreso tra sette e 13 miliardi di anni. quelli molto lontani. La cosmologia del no le une dalle altre e nello stesso tempo
no il risultato del fenomeno detto «di lente gravitazionale», to lontano. In questo caso la galassia vicina produce quattro Allo scopo di migliorare queste stime, big bang prevede al contrario che, poiché si evolvono a partire da forme più primi-
che si verifica quando il campo gravitazionale di una galassia immagini del quasar. L'immagine è stata ottenuta da Hubble. molti astronomi hanno intrapreso ricer- le galassie si sono formate tutte molto tive, sembra logico supporre che in un
28 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 LE SCIENZE n. 316, dicembre 1994 29
Le galassie lontane sono molto diverse da quelle vicine, e ciò indica come esse si sia- della radiazione di fondo e si è visto che shington University, con Robert Herman to delle dimensioni attuali, la materia si vani dell'universo in espansione. I gran-
no evolute passando da forme primitive meno regolari a quelle attuali. Tra le galas- essa possiede due proprietà caratteristi- dell'Applied Physics Laboratory della era già raccolta in nubi abbastanza grandi di telescopi in via di realizzazione po-
sie brillanti alle lunghezze d'onda ottiche (in blu) e delle onde radio (in rosso), quelle che. Innanzitutto è quasi identica in tutte Johns Hopkins University e altri, sfrutta- da meritarsi il nome di giovani galassie. trebbero permetterci di vedere in che
relativamente vicine tendono ad avere una forma ellittica regolare nel visibile e una le direzioni. (Come hanno dimostrato rono le conoscenze di fisica nucleare svi- Un problema spinoso è quello di ri- modo la massa dell'universo modifichi
immagine radio molto allungata. Al crescere dello spostamento verso il rosso, e George F. Smoot del Lawrence Berkeley luppate durante la guerra per dedurre conciliare l'apparente uniformità dell'u- la curvatura dello spazio-tempo, la quale
quindi della distanza, le galassie presentano sagome allungate più irregolari, che Laboratory e il suo gruppo nel 1992, la quali processi nucleari avessero potuto niverso primordiale con la distribuzione a sua volta influenza le osservazioni del-
sembrano allineate alle frequenze ottiche e a quelle radio. La galassia all'estrema de- sua intensità varia appena di una parte su verificarsi durante le prime fasi della vita disomogenea delle galassie. Si sa che le galassie lontane.
stra appare com'era a un'età pari al 10 per cento di quella attuale dell'universo. La 100 000.) La spiegazione di questa iso- dell'universo e quali elementi avessero poco dopo il big bang la densità dell'uni- Si continueranno a studiare anche
sequenza delle immagini è stata montata da Pat McCarthy del Carnegie Institute. tropia è che la radiazione di fondo riem- potuto formarsi. Alpher e Herman com- verso non variava di molto da zona a zo- quei problemi che la cosmologia del big
pie uniformemente tutto lo spazio, come presero inoltre che un residuo dell'espan- na perché la radiazione di fondo mostra bang non può affrontare. Non si sa, per
prevede la cosmologia del big bang. In sione primordiale sarebbe stato ancora ri- solo leggere irregolarità. Fino a oggi è esempio, perché ci sia stato un big bang,
secondo luogo questa radiazione ha uno levabile nell'universo attuale. stato facile elaborare teorie in accordo né cosa possa essere esistito prima. Non
momento del passato si trovassero rag- lecomunicazioni Echo-1 e Telstar; si spettro molto simile a quello di un corpo con i risultati delle misurazioni, ma sono si sa se il nostro universo abbia dei «fra-
gruppate in un denso mare di materia e di scoprì così che lo strumento rilevava ra- in equilibrio termico a 2,726 kelvin. Na- enché il loro lavoro pionieristico in corso verifiche ancora più stringenti. telli», altre regioni in espansione molto
energia. In effetti già nel 1927, quando diazione imprevista. Arno A. Penzias e turalmente quando questa radiazione fu B contenesse alcuni errori significa- In particolare le diverse teorie sulla for- lontane da tutto ciò che possiamo bsser-
sulle galassie lontane non si conosceva Robert W. Wilson trovarono la spiega- prodotta l'universo era molto più caldo, tivi, servì comunque a stabilire un lega- mazione delle galassie prevedono flut- vare. Non si capisce perché le costanti
ancora quasi nulla, un sacerdote e cosmo- zione: lo strumento stava raccogliendo la ma alcuni ricercatori avevano giustamen- me tra la fisica nucleare e la cosmolo- tuazioni molto diverse della radiazione fondamentali della natura abbiano pro-
logo belga, Georges Lemaitre, avanzò radiazione cosmica di fondo. E interes- te anticipato che la sua attuale temperatu- gia. I due ricercatori dimostrarono in- cosmica di fondo a scale angolari infe- prio il valore che hanno. Alcuni risultati
l'ipotesi che l'espansione dell'universo si sante notare che questa interpretazione ra apparente dovesse essere molto bassa. fatti che l'universo primordiale poteva riori a un grado. Non si sono ancora fatte della fisica delle particelle prefigurano
potesse far risalire a uno stato di densità fu suggerita a Penzias e Wilson dalla no- Già negli anni trenta Richard C. Tolman essere rappresentato come un tipo parti- misurazioni di fluttuazioni così minusco- modi interessanti per rispondere a queste
elevatissima che chiamò «superatomo» tizia che proprio Dicke una volta aveva del California Institute of Technology a- colare di reattore termonucleare. Basan- le, ma questo potrebbe diventare possibi- domande; il problema è quello di escogi-
primordiale. Sarebbe forse stato possibi- proposto di usare un radiometro per mi- veva dimostrato come la temperatura del- dosi su questi concetti si è potuta calco- le con la nuova generazione di esperi- tare opportune verifiche sperimentali.
le, proponeva Lemaitre, rilevare addirit- surare la radiazione cosmica di fondo. la radiazione di fondo avrebbe dovuto di- lare l'abbondanza relativa degli ele- menti in via di reali772zione. Seguendo il dibattito su questi interro-
tura la radiazione residua di questo ato- Tramite il Cosmic Background Explo- minuire proprio a causa dell'espansione menti leggeri prodotti durante il big gativi bisogna ricordare sempre che tutte
mo primigenio. Ma che forma avrebbe rer e diversi esperimenti condotti da razzi dell'universo. bang e la sua successiva variazione a 'universo ha offerto numerose occa- le teorie fisiche sono approssimazioni
potuto avere questa radiazione? e palloni sonda e da terra, si sono com- La radiazione cosmica di fondo forni- causa di fenomeni verificatisi nel mez- L sioni di sviluppo per la vita quale noi della realtà, che possono perdere valore
Quando l'universo era caldissimo la piuti studi estremamente particolareggiati sce un'indicazione diretta del fatto che zo interstellare e a causa dei processi la intendiamo: esistono circa 100 miliardi se vengono estrapolate troppo. La fisica
radiazione non poteva fare mol- l'universo cominciò a espan- nucleari nell'interno delle stelle. di miliardi di stelle simili al Sole nella progredisce incorporando in strutture più
ta strada senza essere assorbita e dersi a partire da uno stato di La nostra conoscenza delle condizio- parte di universo che riusciamo a osserva- ampie le teorie precedenti che hanno una
riemessa da qualche particella. 1,0 densità e temperatura elevatis- ni generali dell'universo primordiale re. La cosmologia del big bang comporta base sperimentale. La teoria del big bang
Questo scambio continuo di e- sime, perché sono proprio que- non si traduce però in una spiegazione però che la vita sia possibile solo in un ar- è suffragata da moltissime prove: spiega
nergia manteneva l'universo in ste le condizioni necessarie a esauriente delle modalità di formazione co di tempo ben definito: in passato l'uni- la radiazione cosmica di fondo, l'abbon-
equilibrio termico: era difficile produrre una simile radiazione. delle galassie. Nonostante ciò, parecchi verso era troppo caldo e in futuro le sue danza degli elementi leggeri e l'espansio-
che una qualche regione risul- 10 In questo stato di alta densità e tasselli del mosaico sono già al loro po- risorse saranno sempre più limitate. In ne di Hubble; qualunque nuova teoria co-
tasse molto più calda o più fred- temperatura le reazioni nucleari sto. La gravità amplifica le fluttuazioni buona parte delle galassie stanno ancora smologica non potrà quindi fare a meno
da delle altre. Quando la materia produssero alcuni elementi e di densità nella distribuzione della ma- nascendo stelle, ma in molte altre le riser- di incorporare l'idea del big bang. Quali
e l'energia si assestano in questo isotopi più pesanti dell'idroge- teria perché rallenta in misura maggiore ve di gas sono già esaurite. Tra trenta mi- che siano i prossimi rivolgimenti, la co-
stato, lo spettro della radiazione no, tra cui il deuterio, l'elio e il l'espansione delle regioni più dense, liardi di anni le galassie saranno molto più smologia si è ormai trasformata da bran-
assume un andamento particola- litio. E davvero notevole che i rendendole quindi ancora più dense di buie e piene di stelle morte o morenti, e ca della filosofia in scienza fisica, nella
re, il cosiddetto spettro termico, rapporti tra le abbondanze degli quelle circostanti. Questo fenomeno si quindi ci sarà un numero molto inferiore quale le ipotesi passano al vaglio di os-
con una dipendenza ben preci- elementi leggeri nell'universo, osserva nello sviluppo degli ammassi di di pianeti capaci di sostentare la vita. servazioni ed esperimenti.
sa dell'intensità dalla tempera- che si calcolano utilizzando i galassie vicini e, probabilmente, a scala Può darsi che l'universo si espanda
tura, a ogni lunghezza d'onda. metodi della fisica nucleare, più piccola, ha causato anche la forma- per sempre, e in questo caso le galassie e
Di conseguenza la radiazione corrispondano a quelli osserva- zione delle galassie stesse. le stelle finiranno per diventare fredde e
del big bang deve essere ricono- ti. In altre parole tutti gli indizi Durante le prime fasi della vita del- buie. L'alternativa è che, se la massa
scibile dal suo spettro. depongono a favore dell'ipotesi l'universo lo sviluppo di strutture era im- dell'universo fosse sufficiente, la gravità
BIBLIOGRAFIA
Questa radiazione termica di 10-1 che gli elementi leggeri siano possibile a causa della pressione di radia- finisca per invertire l'espansione e per
fondo è stata effettivamente ri- stati prodotti quando l'universo zione, ma quando l'universo si fu espan- far concentrare nuovamente tutta la ma- RIORDAN MICHAEL e SCHRAMM DA-
levata. Mentre lavorava allo era giovane e molto caldo e gli so fino all'uno per mille circa delle sue teria e l'energia. Nei prossimi dieci anni, VID N. The Shadows of Creation: Dark
0,01 0,1 1,0
sviluppo del radar negli anni elementi pesanti abbiano avuto dimensioni attuali questo impedimento via via che miglioreranno le tecniche di Matter and the Structure of the Univer-
DENSITÀ
quaranta, Robert H. Dicke, allo- origine più tardi, nelle reazio- venne a cadere. A questo punto la tempe- misurazione della massa dell'universo, se, W. H. Freeman and Company, 1991.
ra al Massachusetts Institute of La densità dei neutroni e dei protoni nell'universo deter- ni termonucleari che alimenta- ratura era di circa 3000 kelvin, abbastan- scopriremo forse se l'espansione attuale OVERBYE DENNIS, Cuori solitari del
Technology, inventò il radio- minò le abbondanze di alcuni elementi. Al crescere della no le stelle. za bassa da permettere agli ioni e agli finirà in un modo o nell'altro. cosmo, Rizzoli, Milano, 1992.
metro a microonde, un disposi- densità dell'universo, i calcoli prevedono una variazione La teoria sull'origine degli elettroni di combinarsi per formare idro- Nel futuro immediato, è probabile che LEMONICK MICHAEL D., The Light at
tivo capace di rilevare radiazio- minima dell'abbondanza dell'elio, ma una diminuzione elementi leggeri nacque dal fer- geno ed elio neutri. La materia neutra riu- nuovi esperimenti perfezionino la nostra the Edge of the Universe: Astronomers
ni a microonde di bassa inten- molto forte per il deuterio. La regione ombreggiata è in ac- vore di studi di fisica nucleare scì a svincolarsi dalla radiazione e a for- interpretazione del big bang. Via via che on the Front Lines of the Cosmological
sità. Negli anni sessanta i Bell cordo con le osservazioni, che forniscono valori dell'abbon- che seguì immediatamente la mare nubi di gas che successivamente le misurazioni della velocità di espansio- Revolution, Villard Books, 1993.
Laboratories impiegarono il ra- danza compresi tra il 24 per cento per l'elio e una parte su fine della seconda guerra mon- poterono contrarsi in ammassi di stelle. ne e dell'età delle stelle diverranno sem- PEEBLES P. JAMES E., Principles of
diometro in un telescopio che 1010 per un isotopo del lido. Questo accordo quantitativo è diale. George Gamow e Ralph Le osservazioni indicano che, quando pre più precise, riusciremo forse a dimo- Physical Cosmology, Princeton Univer-
doveva seguire i satelliti per te- un successo fondamentale della cosmologia del big bang. A. Alpher della George Wa- l'universo aveva raggiunto il 20 per cen- strare che le stelle sono davvero più gio- sity Press, 1993.
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