Auf die Plätze, fertig, Leben!!

Von Hubert Keßler

Samstag, 14. Februar 2004

Diese Ausstellung ist im Rahmen des XIX Meetings für die Freundschaft unter den Völkern entstanden. Dieses Kulturfestival findet seit 1980 ununterbrochen jedes Jahr in der letzten Augustwoche in Rimini statt und ist geprägt von Vorträgen, Podiumsdiskussionen, Zeugnissen, Ausstellungen , Musik-, Theater- und Filmvorführungen sowie sportlichen Events.
Das Meeting ist ein großes, öffentliches Ereignis, das Personen unterschiedlichster Erfahrungen, Kulturen, Glaubensbekenntnisse… die Möglichkeit zum Dialog bietet. Es gibt damit Zeugnis von jener Öffnung, jenem Interesse allen Aspekten der Wirklichkeit gegenüber, das jeder christlichen Erfahrung zu eigen ist; ermöglicht wird dieses außerordentliche Event jedes Jahr durch die Arbeit 2 000 freiwilliger Helfer und Helferinnen jeden Alters und unterschiedlichster Herkunft, durch deren Präsenz auch die aufsehenerregende Einzigartigkeit dieses Ereignisses weltweit zum Ausdruck kommt.

Artikel von Professor Bersanelli als Einführung

Wissenschaft und Geheimnis

Warum ist es so dunkel in der Nacht?

Die schwarze Tiefe des Himmels trägt das Zeichen des Ursprungs. Ein Astrophysiker gibt einen Überblick über den Forschungsstand der Kosmologie. Wenn die Wissenschaft ihr Objekt mit Ernsthaftigkeit behandelt, stößt sie auf einen Faktor, den sie als “jenseitig” anerkennen muss. Das gebietet ihr die Treue zu ihrer eigenen Methode.

von Marco Bersanelli

Warum ist die Nacht dunkel? Das scheint eine der Fragen zu sein, die ein drei- oder vierjähriges Kind stellt, das sich bei allen Dingen das seltsame Wörtchen “Warum?” nicht verkneifen kann. Und dennoch führt diese Frage, wenn sie ernst genommen wird, zu beträchtlichen Konsequenzen für das Verständnis der Struktur des Universums im gesamten und seiner Entwicklung in der Zeit. Anders ausgedrückt, es ist eine kosmologische Frage. Die Kosmologie ist der Bereich der Astrophysik, der als (per Definition: einzigen) Gegenstand das gesamte physische Universum hat. Das Ziel der Kosmologie ist nicht die Erforschung der Planeten, der Nebelflecken, der Sterne oder der Galaxien, sondern die Gesamtheit all dieser Dinge.

Ober diese Frage des kleinen Kindes hat Wilhelm Olbers im Jahr 1826 ernsthaft nachgedacht. Er wurde sich bewusst: wenn das Universum also unendlich ist und mehr oder weniger gleichmäßig mit Lichtquellen (Sterne, Galaxien) gefüllt, müsste uns die Tiefe des Himmels hell erscheinen, so strahlend wie die Oberfläche der Sonne, und die Temperatur des Universum läge bei mehreren tausend Grad. Aber offensichtlich und Gott sei Dank ist das nicht der Fall.

Ungefähr ein Jahrhundert später, im Jahr 1929, machte Edwin Powell Hubble die Entdeckung, die als Grundlage der modernen Kosmologie betrachtet werden kann. Hubble beobachtete mit großer Sorgfalt und Hartnäckigkeit die entferntesten Galaxien, die man mit den damals verfügbaren Teleskopen beobachten konnte, und er maß die Entfernung und die Geschwindigkeit einer jeden Galaxis. Die Ergebnisse seiner Forschung bewiesen eine umwälzende Tatsache: Die Galaxien entfernen sich gegenseitig voneinander mit einer Geschwindigkeit, die um soviel größer ist, als ihre gegenseitige Entfernung größer ist. Um die Situation zu begreifen, kann man sich einen aufblasbaren Ball vorstellen, der ganz gelb mit kleinen roten Punkten ist. Wenn der Ball aufgeblasen wird, entfernen sich die roten Punkte voneinander genau wie die Galaxien im Universum. Es liegt in der Natur des Raumes (gelber Ball), dass er keine statische Realität ist, sondern sich in ständiger Expansion befindet, In gewisser Hinsicht sind die Galaxien “unbeweglich” im Raum (wie die Punkte auf dem gelben Kunststoff befestigt sind), aber der Raum, in dem sie sich befinden, dehnt sich aus.

So hat Hubble einen grundlegenden Faktor entdeckt, welcher, zusammen mit einer großen Anzahl anderer Evidenzen, die in den letzten sechzig Jahren von der astrophysischen Forschung zusammengetragen wurden, unsere kosmologische Auffassung revolutioniert hat: Das physikalische Universum in seiner Gesamtheit ist keine statische und unveränderliche Realität, sondern es ist in Bewegung. Wir leben in einem Kosmos, der sich in der Zeit verändert und der eine Vergangenheit, eine Zukunft und eine Geschichte hat. Die Tatsache, dass der Kosmos als eine Realität in Bewegung betrachtet werden muss, wird dem Wort “Universum” voll und ganz gerecht: Es suggeriert, dass die Einheit von allem in eine Richtung geführt wird, auf ein Ziel hin.

Die fundamentale Entdeckung von Edwin Powell Hubble liegt am Ursprung des Modells vom “Big Bang”, das George Gamow 1946 zum ersten Mal vorgeschlagen hat. Wenn das Universum sich ausdehnt, bedeutet dies, dass in der Vergangenheit die gleiche Menge an Energie und Materie in einem kleineren Volumen enthalten gewesen sein muss. Folglich müssen die Temperatur und der Druck, je mehr wir in die Vergangenheit zurückgehen, ständig größer gewesen sein. Die große Aufgabe der modernen Kosmologie ist es also, die Physik des Universums zu erforschen, indem man in der kosmischen Zeit zurückgeht durch die Betrachtung immer größerer Extremsituationen von Dichte und Temperatur.

Aber wenn das so ist, an welchem Punkt der kosmischen Geschichte stehen wir? Durch die Beobachtung der Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, ist es möglich, das Alter des Universums zu berechnen: Es existiert eine endliche Zeit in der Vergangenheit, in der die Entfernung zwischen zwei x-beliebigen Punkten des Raums (zwei rote Punkte auf dem Ball) auf Null zugeht. Diese Zeit entspricht ungefähr der Zeit vor fünfzehn Milliarden Jahren.

Am Ende der vierziger Jahre, nach Abschluss einer außergewöhnlichen theoretischen Studie, überzeugten sich George Gamov Lind seine beiden Studenten Alpher und Hermann, dass eine unmittelbare Spur der Existenz einer Anfangsphase der Universumsgeschichte ausfindig zu machen sei, die durch eine enorm hohe Temperatur gekennzeichnet ist. Ihre Ergebnisse ließen eine Restenergie erwarten, die heute sehr schwach, aber noch zu beobachten ist, und die direkt aus dem siedenden Anfangsuniversum stammt. Aber es bedurfte etwas völlig Unvorhergesehenem, um die Wahrheit ans Licht zu bringen.

Es waren noch nicht die Zeiten des Internet oder World Wide Web, und so erfuhren sehr wenige von den Arbeiten George Gamovs. Sicherlich wussten Arno Penzias und Robert Wilson vom Bell Laboratory fünfzehn Jahre später nichts davon, als sie Untersuchungen an einer großen Telekommunikationsantenne anstellten. Im Laufe ihrer Messungen registrierten sie ein bescheidenes “Übermaß an Signalen”. Die beiden Wissenschaftler vernachlässigten dieses scheinbar nebensächliche Faktum nicht, sondern haben ihm ihre ganze Aufmerksamkeit gewidmet. Anfänglich schrieben sie das Phänomen einem Defekt ihrer Antenne zu. Eine sorgfältige Analyse zeigte jedoch, dass weder die Instrumente noch bekannte astronomische Quellen diesen Effekt erklären konnten. Arno Penzias sprach mit einem Freund der Universität Princeton von diesem Vorfall, der ihn auf die Möglichkeit hinwies, dass es sich um ein Signal kosmologischen Ursprungs handeln könnte, wie es George Gamov vorausgesehen hatte. Auf diese Weise wurden sich Arno Penzias und Robert Wilson bewusst, dass sie zum erstenmal das auf gefangen hatten, was das “Echo des Big Bang” genannt wurde, eine direkte Spur des Anfangsuniversums. Dies führte die Kosmologie in den letzten dreißig Jahren zu einem unglaublichen Fortschritt. Für ihre Entdeckung wurde Arno Penzias und Robert Wilson 1978 der Nobelpreis verliehen.

Um besser zu verstehen, um was es sich handelt, braucht man nur einen beliebigen Gegenstand betrachten. Zum Beispiel die Blumenvase, die in drei Metern Abstand vor mir steht. Da sich das Licht mit dreihunderttausend Kilometern pro Sekunde fortbewegt, wird dieses Licht, das von der Blumenvase ausgeht, in einem bestimmten Moment, einhundertmillionstel Sekunden später, meine Augen erreichen. Eine sehr kurze Zeit, niemand bemerkt es, nicht einmal ganz große Pedanten. Wenn ich jetzt aufschaue und den Mond sehe, ist das Licht, das ich sehe, tatsächlich vor ungefähr einer Sekunde vom Mond ausgegangen. Im Fall der Sonne beträgt die Verspätung acht Minuten. Wir sehen die Dinge, wie sie in der Vergangenheit waren, mit einer Verspätung, die umso größer ist, je weiter das Objekt entfernt ist: Wir müssen dem Licht die Zeit einräumen, die Entfernung, die uns von ihm trennt, zu durcheilen.

Wir sehen heute die Sterne, wie sie vor etwa zehn, hundert oder tausend Jahren waren. Die Galaxien sind so weit entfernt, dass das Licht viele Millionen Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Die am weitesten entfernten Galaxien schicken uns ein Signal, dass vor mehr als zehn Milliarden Jahren ausgesendet wurde. Gehen wir noch weiter, kommt die Nachricht, die wir erhalten, aus einer so tiefen Vergangenheit, dass die Sterne und Galaxien noch nicht die Zeit hatten, sich zu bilden und ihre Energie auszusenden: Das erklärt, warum der Himmel dunkel ist! Wir bekommen also von der " letzten" Tiefe des Himmels ein Bild, wie das Universum in seinem Kleinkindalter, vor ungefähr fünfzehn Milliarden Jahren war. Durch die Ausdehnung des Universums ist die Energie, die wir heute erhalten, sehr viel kleiner als diejenige, die in jener entfernten Vergangenheit ausgesendet wurde: Sie entspricht einer Temperatur von zirka 3 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Das ist das Signal, das Arno Penzias und Robert Wilson registriert haben: eine Art fossiles Licht, (der " kosmische Hintergrund"), das fünfzehn Milliarden Jahre unterwegs war, bis es uns erreicht hat und uns so eine direkte Nachricht über die physischen Bedingungen des Anfangsuniversums bringt. Die schwarze Tiefe des Himmels jenseits der Sterne und der Galaxien liefert ein Zeichen des Ursprungs.

Weil das kosmische Signal extrem schwach ist, kann man die Experimente nur in isolierten Regionen durchführen (um Interferenzen zu vermeiden) und bei besonders transparenter Atmosphäre (wie auf gewissen Bergen in der Wüste oder im Zentrum der Antarktis). Die idealen Bedingungen für diese Messungen sind daher im Weltraum gegeben. 1992 wurde durch den Satelliten Cobe die erste Gesamtkarte des Anfangsuniversums erstellt, indem mit großer Sensibilität der “kosmische Hintergrund” in alle Richtungen gemessen wurde.

Also die weitest entfernte Region, die wir direkt beobachten können, entspricht einer Epoche, in dem das Alter des Universums zirka ein Zwanzigtausendstel des momentanen Alters war: Wenn wir das Alter des momentanen Universums mit dem Alter eines Erwachsenen von fünfzig Jahren vergleichen, entspricht das den ersten zwanzig Lebensstunden. Direkte Beobachtungen dessen, was vorher geschehen ist, sind nicht möglich, denn in vorherigen Zeitabschnitten war die Temperatur so hoch, dass die Atome in Protonen und Elektronen aufgespalten wurden. Unter diesen Bedingungen ist das Universum dunkel: Das Licht kann nicht frei den Raum durchqueren. Es ist, als ob ein Schleier auf den allerersten dramatischen Ereignissen läge. Aber auch hinter dem Schleier erkennt man indirekt unklare Formen. Verschiedene physikalische Phänomene, die sich in den allerersten Lebensminuten des Universum ereignet haben, sind bekannt und mit vernünftiger Sicherheit beschreibbar, ihre Spuren sind indirekt bis heute zu beobachten. Genauer gesagt, nach zirka drei Minuten der Ausdehnung musste die einförmige Mischung von Teilchen und Strahlungen, die das Universum füllte, eine Temperatur von ungefähr einer Milliarde Grad haben und befand sich unter völlig analogen Bedingungen wie die, die im Innern eines Sternenkerns herrschen: als ob sich das Universum für einen gewissen kurzen Zeitraum in der Phase eines " totalen Sterns" befunden hätte. In dieser Anfangsphase müssen die gleichen thermonuklearen Reaktionen, durch die heute unsere Sonne scheint, Helium und andere leichte Elemente hervorgebracht haben in Mengen, die heute mit genauen Rechnungen abgeschätzt werden können. Die astronomischen Beobachtungen bestätigen nun das Vorhandensein eines kosmologischen Bestandteils von leichten Elementen gemäß dem vorausgesehenen Überschuss. Diese Tatsache ist ein weiterer grundlegender Beobachtungspfeiler, der die gegenwärtige kosmologische Rekonstruktion stützt. Wenn man noch weiter in die Anfangszeiten zurückgeht (also zu noch höheren Energien), ist die Forschung der Kosmologie sehr stark mit den Erkenntnissen verbunden, die von dem unendlich Kleinen stammen: die Physik der Elementarteilchen. Wenn Physiker zum Beispiel Protonenbündel und Antiprotonenbündel mit hoher Energie in einem Teilchenbeschleuniger aufeinanderstoßen lassen, stellen sie in einem winzigen Volumen ähnliche Bedingungen her wie diejenigen, die überall im Anfangsuniversum geherrscht haben müssen. In den letzten Jahren wurden theoretische Hypothesen formuliert, die die allerersten Sekundenbruchteile des Lebens des Universums beschreiben, als der Umfang des heutigen Universums ungefähr der einer Orange gewesen sein muss.

Also hat das Universum eine Geschichte, und wie jede Geschichte scheint auch die kosmische einen Ausgangspunkt zu haben. Das ist, knapp zusammengefasst, die Hypothese für die Zukunft. Aber dennoch, auf die Frage: Was passierte am Anfang?" gibt die Kosmologie keine Antworten. Je stärker wir uns diesem Grenzpunkt nähern, gewinnen die physischen Variablen, die wir gebrauchen, um das Universum zu beschreiben, einen unendlichen Wert, und die Gleichungen, auf die wir uns gestützt haben, um alle Zwischenschritte durchzuführen, die uns bis zu diesem Punkt gebracht haben, verlieren ihre Bedeutung. Die Zeit und der Raum und mit ihnen die Energie (von der die Materie eine Form ist) scheinen aus einem Ereignis am Anfang hervorzugehen, zu dem uns die Wissenschaft führt, das die Wissenschaft aber nicht begreift. Es ist einer der Grenzpunkte, an dem die Wissenschaft, wenn sie ihr jeweiliges Objekt mit Ernsthaftigkeit und gemäß der angemessenen Methode behandelt, gegen einen Faktor der Realität stößt, die sie selber, um konsequent zu bleiben, als “jenseitig” oder “unbegreiflich” anerkennen muss. Diese Situation kennzeichnet stets die wissenschaftliche Erkenntnis, aber vielleicht tritt diese Erkenntnis noch deutlicher hervor, wenn das Objekt, das man behandelt, fundamental" ist. Im übrigen betrifft dies nicht nur den Ursprung der physikalischen Realität im kosmologischen Sinn (Geschichte und Vergangenheit), sondern auch den Ursprung der physikalischen Realität in der Gegenwart. Wenn ich wieder meine Blumenvase in meinem Zimmer anschaue, stehe ich immer noch vor dem gleichen Geheimnis: Aus was besteht sie?

Von LITTERAE COMMUNIONIS Nr. 2 - 1996

Perché la notte è buia?

01/04/1996 Tracce

Cultura - Scienza e mistero

Marco Bersanelli

L’abisso nero del cielo, oltre le stelle e le galassie, porta il segno dell’origine. Un astrofisico fa il punto sulle ricerche cosmologiche più avanzate. Trattando il suo oggetto con serietà, la scienza si imbatte in un fattore che deve riconoscere come «oltre». Glielo impone la fedeltà al metodo

Perché la notte è buia?». Pare una di quelle domande di un bimbo di tre o quattro anni, che di fronte a qualunque cosa non sa trattenere quella strana paroletta: «perché?». Eppure, presa sul serio, questa domanda porta a conseguenze notevoli per la comprensione della struttura dell’universo su grande scala e sulla sua evoluzione nel tempo. In altre parole, è una domanda cosmologica. La cosmologia è il ramo dell’astrofisica che ha come oggetto (unico, per definizione) l’intero universo fisico. La cosmologia non ha come scopo lo studio dei pianeti, le nebulose, le stelle o le galassie; bensì l’insieme di tutte queste cose.

Sulla domanda del nostro bambinetto ha riflettuto seriamente Olbers nel 1826. Egli si rese conto che se l’universo fosse infinito e riempito in modo più o meno uniforme di sorgenti luminose (stelle, galassie), allora il fondo del cielo invece che nero ci dovrebbe apparire luminoso, tanto brillante quanto la superficie del sole, e la temperatura ovunque nell’universo sarebbe di migliaia di gradi. Sarebbe un universo davvero poco ospitale. Ma evidentemente, e per fortuna, le cose non stanno così.

Circa un secolo dopo, nel 1929, Hubble fece la scoperta che può essere considerata la base della cosmologia moderna. Hubble osservò con grande cura e tenacia le galassie più distanti osservabili con i telescopi allora disponibili, e di ciascuna misurò la distanza e la velocità. I risultati del suo studio mostravano un fatto sconvolgente: le galassie si allontanano le une dalle altre con una velocità tanto più grande quanto maggiore è la loro distanza reciproca. Per cogliere la situazione possiamo immaginare un palloncino gonfiabile, tutto giallo con dei piccoli pois rossi. Quando il palloncino viene gonfiato, i puntini rossi si allontanano gli uni dagli altri proprio come le galassie nell’universo. È nella natura stessa dello spazio (palloncino giallo) il fatto di non essere una realtà statica, ma in continua espansione. In un certo senso le galassie sono «ferme» nello spazio (come i pois sono fissati sulla plastica gialla), ma lo spazio nel quale si trovano si dilata.

Così Hubble scoprì il primo fondamentale fatto che, sommato a una grande quantità di altre evidenze accumulate dalla ricerca astrofisica negli ultimi 60 anni, ha rivoluzionato la nostra visione cosmologica: l’universo fisico nel suo insieme non è una realtà statica ed immutabile, ma è in moto. Viviamo in un cosmo che muta nel tempo, che ha un passato, un futuro, una storia. Il fatto che il cosmo debba essere guardato come una realtà in movimento rende piena giustizia alla parola «uni-verso»: suggerisce che l’unità del tutto è convogliata in una direzione, verso uno scopo.

La scoperta fondamentale di Hubble è all’origine del modello del Big Bang, proposto per la prima volta da George Gamow nel 1946. Se l’universo si espande significa che nel passato la stessa quantità di energia e materia doveva essere contenuta in un volume più piccolo. Di conseguenza la temperatura e la pressione dovevano essere sempre più grandi via via che ci spingiamo indietro nel passato. Il grande esercizio della cosmologia moderna è dunque quello di studiare la fisica dell’universo andando a ritroso nel tempo cosmico, considerando situazioni sempre più estreme di densità e temperatura.

Ma, se le cose stanno così, a che punto siamo di questa storia cosmica? Dalla osservazione della velocità con cui si espande è possibile calcolare l’età dell’universo: esiste un tempo finito nel passato in cui la distanza tra due punti qualunque dello spazio (due puntini rossi sul palloncino) tende a zero. Questo tempo corrisponde a circa 15 miliardi di anni fa.
Alla fine degli anni Quaranta, a conclusione di un originalissimo studio teorico, Gamow e i suoi due studenti Alpher e Hermann si convinsero che poteva essere rinvenuta una traccia diretta dell’esistenza di una fase iniziale della storia dell’universo caratterizzata da una altissima temperatura. I loro risultati avevano portato a prevedere l’esistenza di un residuo di energia, oggi debolissima ma ancora osservabile, proveniente direttamente dal bollente universo primordiale. Ma ci volle un puro imprevisto perché la verità emergesse.

Non erano i tempi di Internet o di World Wide Web, sicché non molti vennero a sapere dei lavori di Gamow. Di sicuro non ne sapevano niente, quindici anni dopo, Penzias e Wilson del Bell Laboratory, che stavano facendo dei test su una grossa antenna per telecomunicazioni. Nel corso delle loro misure registrarono un modesto «eccesso di segnale». I due scienziati non trascurarono questo fatto apparentemente marginale, ma lo guardarono dritto in faccia. Inizialmente attribuirono il fenomeno a un difetto della loro antenna. Una attenta analisi, tuttavia, mostrò che né gli strumenti né sorgenti astronomiche note potevano spiegare quell’effetto. Penzias menzionò l’episodio a un suo amico dell’università di Princeton, il quale gli suggerì la possibilità che si trattasse di un segnale di origine cosmologica, come Gamow aveva previsto. Fu in questa maniera che Penzias e Wilson si resero conto di aver captato per la prima volta quello che è stato chiamato l’eco del Big Bang, una traccia diretta dell’universo primordiale, e che ha fatto fare un balzo incredibile alla cosmologia negli ultimi trent’anni. Per questa scoperta nel 1978 Penzias e Wilson ricevettero il premio Nobel.

Per capire meglio di che si tratta basta guardare un oggetto qualunque. Per esempio, il vaso di fiori che sta di fronte a me, a tre metri di distanza. Siccome la luce viaggia a 300 mila chilometri al secondo, la luce che parte dal vaso di fiori in un dato istante raggiungerà i miei occhi un centomilionesimo di secondo dopo: un tempo molto piccolo, nessuno se ne accorge, neanche i più pignoli. Se ora alzo lo sguardo e vedo la luna, la luce che vedo è partita effettivamente dalla luna circa un secondo fa. Nel caso del sole il ritardo è di 8 minuti. Noi vediamo le cose come erano nel passato, con un ritardo tanto più pronunciato quanto più distante è l’oggetto: dobbiamo concedere alla luce il tempo di attraversare la distanza che ci separa da esso. Noi oggi vediamo le stelle come erano decine, centinaia, o migliaia di anni fa. Le galassie sono tanto distanti che la luce ha impiegato molti milioni di anni per raggiungerci. Le galassie più distanti ci mandano un segnale che è partito oltre 10 miliardi di anni fa. Se andiamo oltre, il messaggio che riceviamo proviene da un passato così profondo che le stelle e le galassie ancora non avevano avuto il tempo di formarsi ed emettere la loro energia: è questo che spiega perché il cielo è oscuro! Infine, dal fondo «ultimo» del cielo riceviamo una immagine di come l’universo era nella sua prima infanzia, circa 15 miliardi di anni fa. A causa dell’espansione dell’universo, l’energia che oggi riceviamo è molto inferiore a quella emessa in quel lontano passato: essa è equivalente a una temperatura di circa 3 gradi sopra lo zero assoluto. Questo è il segnale che Penzias e Wilson hanno registrato: una sorta di luce fossile (il «Fondo Cosmico») che ha viaggiato per 15 miliardi di anni prima di raggiungerci, e che perciò ci porta un messaggio diretto sulle condizioni fisiche dell’universo primordiale. L’abisso nero del cielo, oltre le stelle e le galassie, porta il segno dell’origine.

A causa della estrema debolezza del segnale cosmico gli esperimenti possono essere fatti solo da regioni isolate - per evitare interferenze - e con una atmosfera particolarmente trasparente (come certe montagne desertiche o il centro dell’Antartide). Le condizioni ideali per queste misure sono però date dallo spazio. Nel 1992 il satellite Cobe ha fatto la prima vera e propria mappa globale dell’universo primordiale, misurando con grande sensibilità il «Fondo Cosmico» in tutte le direzioni.

Dunque la regione più estrema che possiamo direttamente osservare corrisponde a un’epoca in cui l’età dell’universo era circa un ventimillesimo di quella attuale: se paragoniamo l’età dell’universo attuale all’età di un adulto di 50 anni, ciò equivale alle prime 20 ore di vita. Osservazioni dirette di quanto è avvenuto prima non sono possibili, perché in epoche precedenti la temperatura era tanto elevata da sbriciolare gli atomi in protoni ed elettroni. In queste condizioni l’universo è opaco: la luce non può attraversare liberamente lo spazio. È come se ci fosse un velo sui primissimi drammatici avvenimenti. Ma anche dietro il velo, indirettamente, qualche forma si intravvede. Ci sono vari fenomeni fisici accaduti nei primissimi minuti di vita dell’universo che sono noti e descrivibili con ragionevole sicurezza, le cui tracce indirette sono osservabili tutt’oggi. In particolare, dopo circa 3 minuti di espansione, il miscuglio uniforme di particelle e di radiazioni che riempiva l’universo doveva avere una temperatura di circa un miliardo di gradi, e si trovava in condizioni del tutto analoghe a quelle esistenti all’interno di un nucleo stellare: come se l’universo, per un certo breve periodo, si fosse trovato in una fase di «stella totale». In quella fase primordiale le stesse reazioni termonucleari che oggi fanno risplendere il nostro sole devono aver prodotto elio e altri elementi leggeri secondo quantità che possono essere valutate con calcoli accurati. Ebbene, le osservazioni astronomiche confermano la presenza di una componente cosmologica di elementi leggeri secondo le abbondanze previste. Questo fatto è un altro dei pilastri osservativi fondamentali che sostengono l’attuale ricostruzione cosmologica.

Andando a tempi ancora più primordiali (e quindi a energie ancora più elevate) lo studio della cosmologia si connette in modo forte con le conoscenze che derivano dall’infinitamente piccolo: la fisica delle particelle elementari. Infatti, quando i fisici fanno scontrare, ad esempio, fasci di protoni e antiprotoni ad alta energia, in un grande acceleratore di particelle, riproducono in un piccolissimo volume condizioni simili a quelle che dovevano esistere ovunque nell’universo primordiale. Negli anni più recenti si sono formulate ipotesi teoriche che descrivono le primissime frazioni di secondo di vita dell’universo, quando le dimensioni dell’attuale universo osservabile dovevano essere circa quelle di una arancia.

Dunque l’universo ha una storia, e come ogni storia anche quella cosmica sembra avere avuto un punto di partenza. Questo è, in estrema sintesi, l’ipotesi per il futuro. Tuttavia, alla domanda: «Che cosa accadde all’inizio?» la cosmologia non dà risposte. Via via che ci avviciniamo a quel punto limite le variabili fisiche che usiamo per descrivere l’universo assumono valore infinito, e le equazioni su cui ci siamo appoggiati per compiere tutti i passi intermedi che ci hanno fatto giungere fino a questo punto perdono di significato. Lo spazio e il tempo, e con essi l’energia (di cui la materia è una forma) sembrano emergere da un evento alle soglie del quale la scienza ci conduce, ma che la scienza non afferra. È uno di quei punti di frontiera in cui la scienza, trattando il suo oggetto particolare con serietà e secondo il proprio metodo, va a cozzare contro un fattore della realtà che essa stessa, per rimanere coerente, deve riconoscere come «oltre», come «inconcepibile». Questa situazione caratterizza sempre la conoscenza scientifica, ma forse emerge in modo più suggestivo quanto più è «fondamentale» l’oggetto in questione. Del resto ciò non riguarda solo l’origine della realtà fisica nel senso cosmologico (storia e passato), ma anche l’origine della realtà fisica nel presente. Se torno a guardare il vaso di fiori che ho nella mia stanza, sono ancora davanti allo stesso mistero: di che cosa è fatto?