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Indice

Prefazione                                 XIII

PARTE PRIMA
La divulgazione scientifica                   1

l. Che cosa sai della scienza?                7
2. L'immagine del mondo                      13
3. Fra due culture                           21

PARTE SECONDA
La vita nell'Universo                        25

4. Principi antropici in cosmologia          33
5. Dimensionare l'Universo                   51
6. Esistono leggi della fisica?              69
7. Chiamate a lunga distanza                 77
8. La verità è nella scelta                  83

PARTE TERZA
Teorie del tutto, gravità inclusa            87

9.  Teorie del tutto                         93
10. I limiti della scienza                  109
11. Della massima gravità                   125
12. Mettere tutto insieme                   129

PARTE QUARTA
Matematica                                  137

13. Perché l'Universo è matematico?         143
14. È tutto un pi greco platonico nel cielo 165
15. La cultura deL contare                  169
16. Perché il voto razionale è destinato
    al fallimento                           175


PARTE QUINTA
Semplicità e complessità                    179

17. Complessità                             185
18. Dove sono le cose selvagge              191
19. Strutture che emergono da un mondo
    complesso                               197
20. Caso e determínismo                     201
21. Nel complesso tempo mite e bello;
    venti variabili                         211
22. Perché il mondo è comprensibile?        215

PARTE SESTA
Estetica                                    229

23. La sopravvivenza del più "artistico"    235
24. Disposizioni musicali e rumori
    piacevoli                               241
25. Le stelle nei loro occhi antichi        249

PARTE SETTTIMA
Il tempo                                    255

26. Il tempo cosmologico                    261
27. L'Universo non ha avuto inizio alcuno
    nel tempo                               285
28. Frecce e qualche buccia di banana       291

PARTE OTTAVA
La realtà dei quanti                        297

29. Nel migliore di tutti i mondi possibili 303
30. Il grande danese                        315
31. Concetti complementari                  325
32. Molto rumore per nulla                  329

PARTE NONA
Religione e scienza                         335

33. Dubitare dei castelli in aria           343
34. Immortale, invisibile... ma c'è
    veramente?                              353
35. Accettare la scommessa di Pascal        359
36. Trarre qualcosa dal nulla               365

PARTE DECIMA
Cosmologia                                  371

37. Un'esplosione nel tempo e nello spazio  379
38. Quello che ha visto COBE                389
39. L'Universo è aperto o chiuso?           395
40. L'origine dell'Universo                 405
41. Gigantomachia                           423
42. Vennero dallo spazio interno            429

Fonti                                       437

Indice analitico                            439

 

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Pagina 13

La spiegazione scientifica ha assunto, nel tempo, la forma della spiegazione matematica. Gli scienziati sociali e altri "consumatori" di matematica sono felici di considerarla un utile strumento inventato dagli esseri umani. Ma per il fisico di base la matematica è qualcosa che, al tempo stesso, è più stringente. Più ci si allontana dall'esperienza quotidiana e dal mondo locale, una corretta comprensione del quale costituisce un prerequisito per la nostra evoluzione e per la nostra sopravvivenza, più la matematica funziona in maniera impressionante. Nello spazio interno delle particelle elementari o nello spazio esterno dell'astronomia le predizioni dei matematici sono precise quasi più di quanto sia ragionevole aspettarsi. Se si scompone la materia in parti, e si sonda fino alla radice quello che queste parti "sono", allora in ultimo non potremo dire nulla più che esse sono matematica: sono relazioni. Non solo: non è soltanto la quantità di matematica che è impressionante, ma la sua qualità. Il tipo di matematica che si trova alla base della teoria generale della relatività o della fisica delle particelle elementari è profondo e difficile, ben lontano dall'idea che l'uomo comune ha della matematica, ovvero come una specie di metodo per contare ad alto livello.

Tutto questo ha persuaso molti fisici che l'idea che la matematica sia semplicemente una creazione culturale costituisca una spiegazione sfortunatamente inadeguata della sua esistenza e della sua efficacia nel descrivere il mondo. Se la matematica è scoperta, anziché invenzione - se davvero pi greco è scritto nei cieli - allora possiamo dire qualcosa di più sulla struttura analogica del mondo. Infatti, quando constatiamo l'incessante raffinamento della nostra immagme della Natura grazie allo sviluppo di teorie matematiche sempre più astratte dei suoi processi, allora, asintoticamente, stiamo imparando qualcosa della matematica. Se la matematica non è altro che un ulteriore idioma che coglie alcuni, ma non tutti, gli aspetti del mondo, allora non è altro che un'ulteríore analogia che in fin dei conti fallisce. Invece, se il mondo è matematico al livello più profondo, allora la matematica è l'analogia che non fallisce mai.

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Pagina 33

    L'Universo: un congegno escogitato
    per l'eterna meraviglia degli astronomi.
    Arthur C. Clarke

La vita è una manifestazione dell'acquisizione di un particolare livello di complessità organizzata in un sistema fisico. Non si tratta solo di questo, ma così dicendo si identificano alcune delle condizioni necessarie per la sua evoluzione e il suo mantenimento. La nostra conoscenza degli esseri viventi è limitata a quelli che possiamo trovare all'interno della biosfera terrestre. Nonostante l'influenza potente, e non sempre positiva, di questi organismi terrestri sul carattere e sull'evoluzione della superficie e dell'atmosfera del nostro pianeta, essi sono poco più di un'aggiunta superficiale alla costituzione della Terra. Da un punto di vista quantitativo, la situazione può essere riassunta come segue, con le masse delle diverse varietà di materiale vivente date, per comodità, in petagrammi (Pg), ricordando che 1 Pg = 10^15 grammi, che è circa la massa di una grande montagna. La massa totale del materiale organico di terraferma (animah e piante terrestri, in particolare alberi) presente sulla superficie del Globo equivale a 1841 Pg, ovvero soltanto a 10^-9 della massa della Terra. La biosfera marina contribuisce con una massa di 4 Pg. Del totale, 1791 Pg (97,3%) sono costituiti da vita vegetale, mentre 50 Pg (2,7%) da vita animale, 30 Pg dei quali sono insetti. Ci sono più di 350.000 specie vegetali e più di 1.200.000 specie animali, delle quali più di 800.000 sono insetti; ci sono inoltre più di 100.000 specie di microorganismí.

Se guardiamo oltre tutto questo, possiamo collocare la biosfera terrestre in un contesto cosmico in termini delle sue dimensíoni e della sua massa. La Figura 4.1 mostra tutte le strutture più significative rintracciatili nell'Universo, dal mondo subatomico ai grandi ammassi di galassie, e l'estensione della parte visibile dell'Universo - ovvero, la distanza percorsa dalla luce a partire dal momento in cui l'Universo ha iniziato a espandersi 15x10^9 anni fa. Viene indicata la regione del diagramma dimensione-massa all'interno della quale si trovano forme di vita. Possiamo osservare che è limitata a dimensioni e a masse relativamente piccole. Gli esempi di complessità organizzata al di fuori di questo riquadro hanno una natura dinamica: la complessità, in altre parole, risiede nei loro movimenti, non nella loro struttura. In misura notevole, questo fatto non deve stupirci: le dimensioni sono un fattore importante, determinante nell'evoluzione e nella sussistenza degli esseri viventi. Galdeo fu il primo a dar prova di una chiara compren- sione del fatto che se le strutture crescono in volume, in modo proporzionale a R^3, dove R è una dimensione caratteristica, la loro forza cresce solo come R^2, poiché esse si spezzano lungo aree di sezione trasversale.

[...]

Prima di abbandonare tali illustrazioni degli esseri viventi e del loro posto nell'universo delle possibilità, occorrerebbe ripetere che le strutture più interessanti nella Figura 4.2 non sono ciò che sono soltanto grazie ai loro costituenti. Inoltre, esse presentano una certa quantità di proprietà caratteristiche, tra cui auto-organizzazione, retroazione [feedback] non lineare e teleonomia locale. Esse mostrano questa complessità strutturale a causa del modo in cui sono organizzati i loro costituentí. Tale complessità organizzata fa sì che siano qualcosa di più della semplice somma delle loro parti. Ciò significa, inoltre, che una filosofia del riduzionismo incontra severi limiti. Non possiamo comprendere un computer o un uccello conoscendo semplicemente di che cosa è fatto; abbiamo bisogno di conoscere in che modo i suoi componenti sono collegati insieme. La conoscenza delle leggi ultime della Natura non è di grande aiuto in questo caso, dal momento che le strutture complesse sono esiti delle leggi della Natura che non possiedono le medesime simmetrie delle leggi stesse. Nei risultati, le simmetrie soggiacenti vengono rotte. Ecco perché un mondo governato da leggi semplici può essere così complicato, e perché la conoscenza delle leggi della fisica costituisce una condizione necessaria ma non sufficiente per comprendere la struttura dell'Universo intorno a noi.

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Pagina 69

Davies introduce il lettore a una serie di casi cosmici accidentali, e alla reazione a essi nota come "principio antropico". Il fatto piacevole che così tanti aspetti cruciali dell'Universo vengano modellati da proprietà (apparentemente) immutabili - le cosiddette costanti della Natura - pone, di fatto, il problema. In molti casi si è scoperto che le combinazioni adimensionali delle varie costanti della Natura, completamente indipendenti l'una dall'altra, danno numeri puri con valori virtualmente uguali e straordinariamente elevati. Non esiste alcuna spiegazione di queste coincidenze. Un esempio classico è la più o meno perfetta uguaglianza del rapporto delle forze elettriche e di quelle gravitazionali fra due protoni, e la radice quadrata del numero di atomi dell'Universo osservabile: entrambi questi numeri sono circa pari a 10 seguito da trentanove zeri!

Nei primi anni Sessanta, Robert Dicke aveva già sottolineato come queste coincidenze svolgessero un importante ruolo "umanitario". Se esse non esistessero, non esisteremmo nemmeno noi! Esse codificano certe proprietà dell'Universo - come le sue grandi dimensioni, la sua elevata età, l'assenza di antimatería, e così via - che sono prerequisiti necessari per l'evoluzione e per la continuazione della vita così come noi la concepiamo. Se i valori delle costanti naturali fossero diversi da quelli che osserviamo, l'Universo sarebbe davvero inimmaginabilmente differente, non foss'altro per il fatto che osservatori come noi non potrebbero esistere. Di tutti i possibili universi che possiamo concepire, quasi tutti non sarebbero in grado di far evolvere e di mantenere la vita basata sugli atomi. Paradossalmente, l'unicità del nostro Universo è impressa con grande forza su di noi dal fatto che possiamo, nella nostra ignoranza, pensare a così tante alternative plausibili. Il principio antropico è un'etichetta per il fatto, di cui abbiamo preso consapevolezza, che l'Universo consente alla vita di esistere per una serie di coincidenze inspiegate (o "accidenti"), relative alla grandezza delle costanti che lo definiscono. Davies fornisce un sunto delle varie interpretazioni che gli scienziati offrono di questi "accidenti". Alcuni hanno provato a invertire il filo logico e a sostenere che l'occorrenza, insieme, di così tanti accidenti indipendenti fornisce una prova circostanziale della bizzarra conclusione secondo cui gli osservatori sarebbero, in qualche senso, necessari perché l'Universo esista.

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Pagina 87

            Cose molto pericolose, le teorie.
            Dorothy Sayers, Bellona Club

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