Buchi neri, wormholes e macchine del tempo (I ed.)

Prefazione all'edizione italiana di Franco Pacini

Gli interrogativi sulla natura dell'Universo che ci circonda sono vecchi tanto quanto la capacità del cervello umano di porseli. Naturalmente essi si sono presentati in modo diverso in epoche diverse e quello che noi consideriamo l'aspetto scientifico si è spesso mescolato alla filosofia e alle credenze religiose. Un passo fondamentale risale a circa 4 secoli fa, all'epoca di Galileo e degli altri «giganti» della scienza suoi contemporanei, quando il primo cannocchiale utilizzato per guardare il cielo mostrò che la Terra non è unica ma è solo uno dei tanti oggetti che popolano il cosmo. L'adozione sistematica del metodo sperimentale nell'indagine della natura, combinato col rigore logico della matematica, fece allora nascere quella che noi consideriamo la scienza moderna. Molta strada è stata percorsa nel frattempo. Strumenti sempre più potenti hanno permesso di allargare enormemente i confini del cosmo. Un secolo fa gran parte degli astronomi pensava che l'Universo fosse costituito unicamente dalla nostra Galassia. La messa in funzione del telescopio di Monte Wilson, intorno al 1925, portò a riconoscere che esistevano, invece, numerose altre galassie. Oggi sappiamo che il loro numero è vicino a un centinaio di miliardi e che esse popolano un volume milioni di miliardi di volte più grande rispetto a quello che i nostri predecessori di circa 80 anni fa ritenevano essere tutto l'Universo. In tempi recenti, l'avvento di tecniche osservative più sofisticate, dall'astronomia radio a quelle infrarossa, ultravioletta, X e gamma, ha permesso di aprire nuovi canali di informazione sul cosmo, di allargare enormemente l'inventario degli oggetti che lo popolano, di capire come questi nascono, vivono e muoiono. Anche le ricerche su neutrini, onde gravitazionali, raggi cosmici, che negli ultimi anni stanno affiancando lo studio delle radiazioni elettromagnetiche nell'universo, ci riserveranno molto probabilmente un'ampia quantità di nuove scoperte. In questo processo, astronomia e fisica avanzano in stretto rapporto fra loro. I dati astronomici hanno verificato che le leggi di natura sono le stesse in tutto l'Universo. Molte leggi fondamentali della meccanica e della gravitazione sono state scoperte o verificate nel cosmo. La fisica atomica e nucleare ha permesso di spiegare, almeno nei tratti fondamentali, l'evoluzione delle stelle. Lo studio del Sole ha consentito di ipotizzare quali fossero i tipi di neutrini esistenti in natura ancor prima che l'esistenza del neutrino fosse confermata da misure di laboratorio. Si potrebbero fare molti altri esempi di domande e/o di risposte nate nella stretta interazione di fisica e astronomia. Nuovi interrogativi nascono continuamente, come per esempio quelli riguardanti la natura della materia invisibile che sembra costituire la maggior parte del cosmo. Oppure, la natura della misteriosa energia che, secondo dati recenti, spinge l'Universo ad espandersi sempre più velocemente. Situazioni fisiche estreme si verificarono all'epoca del Big Bang e coinvolsero la presenza di materia caldissima e ultradensa con campi gravitazionali estremamente forti. Problemi analoghi si pongono anche nelle fasi finali dell'evoluzione stellare. Sin dagli anni '30 alcuni astronomi e fisici avevano infatti ipotizzato che i nuclei centrali delle stelle massicce potessero alla fine collassare su se stessi sotto l'influenza della gravità. A conferma di questa intuizione, circa 35 anni dopo, la scoperta delle pulsar ha portato alla loro identificazione con le cosiddette stelle di neutroni, grandi una decina di chilometri e ancor più dense del nucleo atomico. Inoltre, sempre negli anni '30, era stato dimostrato che l'evoluzione finale di astri decine di volte più massicci del Sole doveva portare alla formazione di oggetti ancor più compatti, in grado di impedire, a causa dell'intensissima attrazione gravitazionale, la fuoriuscita della luce. Si tratta dei cosiddetti buchi neri, già ipotizzati un paio di secoli prima da scienziati quali Michell e Laplace. Oggi si ritiene che nella nostra Galassia ci siano circa cento miliardi di stelle «normali», vari miliardi di stelle di neutroni e parecchi milioni di buchi neri. Per di più, buchi neri molto massicci (con una massa pari a milioni di masse solari) sembrano albergare al centro di molte galassie e potrebbero spiegare i misteriosi fenomeni esplosivi osservati. Lo studio di questi oggetti collassati e dei primi istanti dell'universo ci porta ai confini della scienza che conosciamo, là dove le leggi fisiche a noi familiari potrebbero essere incomplete. Non si tratta certamente di argomenti facili ed essi vengono spessi trattati dalla stampa o dalla televisione in modo puramente sensazionalistico, come se si trattasse di magie. Ben poche sono state le personalità scientifiche di alto rilievo che si sono sforzate di divulgare seriamente questi sviluppi della scienza, partendo dai più recenti dati sull'origine dell'universo e la morte delle stelle, e cercando di trasferire al pubblico il quadro concettuale delle nuove teorie sullo spazio e sul tempo. Il libro che vi accingete a leggere rappresenta un esempio eccellente in questo senso, e vi accompagnerà in questi nuovi, affascinanti territori. In un non lontano domani, essi potrebbero essere alla base di una visione più completa dell'Universo che ci circonda e delle leggi naturali che lo hanno creato e lo governano.

Osservatorio Astrofisico di Arcetri (Firenze), ottobre 2003