Istituto superiore "Fermo Corni" di Modena

Liceo scientifico delle scienze applicate

L'Universo: Storia e modelli filosofico-scientifici del cosmo e del reale

DiplomandoGianluca Degli Esposti

Anno scolastico: 2014/2015

Indice

Introduzione

1. Cosmologia nella storia 1.1 Cosmogonia secondo le religioni 1.2 Cosmologia dantesca e aristotelica 1.3 Rivoluzione Copernicana e Galileo

2. L'Universo dopo il Novecento 2.1 Teoria del Big Bang e cronologia dell'Universo 2.1.1 Teoria della Relativit Generale e metrica di Friedmann 2.2 Teorie divergenti sulla sul destino del cosmo 2.2.1 Energia oscura, costante cosmologica 2.3 Questioni aperte

3. Universo tra filosofia e informatica 3.1 Ipotesi della simulazione 3.2 Ontologia della fisica e filosofia della conoscenza sensibile 3.2.1 Realt come rappresentazione [Kant] 3.2.2 Solipsismo, realt come pura illusione della mente

4. Conclusioni e teorema dell'incompletezza

Introduzione

L'universo tutto ci che esiste, ogni quanto di energia, ogni particella subatomica, l'esistenza, e lo stesso spaziotempo fanno parte e sono contenuti nell'universo.La teoria oggi pi accreditata (l'uso della parola teoria non casuale, ma sar chiaro pi avanti) quella del Big Bang, il quale contrariamente al pensiero comune non va immaginato come un'enorme esplosione ma come la rapidissima espansione dello spazio stesso da un punto (singolarit) infinitamente denso fino a diventare come lo conosciamo oggi.Sono molte tuttavia le domande lasciate aperte da questa teoria, in primo luogo non ci permette di andare indietro fino al momento esatto del Big Bang in quanto le equazioni di campo di Einstein collassano dando risultati senza senso, e in secondo luogo non si pu in alcun modo sapere cosa vi fosse prima di tale evento, anche se ci risulta difficile immaginare qualcosa prima dell'esistenza stessa di spazio e tempo.Le reali dimensioni, la forma e composizioni dell'Universo sono a noi sconosciute, possiamo solo fare affermazioni sull'Universo "osservabile", cio la porzione che possiamo conoscere tramite osservazione diretta, di diametro circa 93 miliardi di anni luce.Lo spaziotempo viene interpretato come spazio euclideo, formato da tre dimensioni spaziali e una temporale, o "quarta dimensione". Tutto ci che accade o esiste deve essere decomponibile in eventi. Un evento la minima determinazione spaziotemporale possibile, individuata dall'assegnazione di tre coordinate spaziali ed una temporale. L'insieme degli eventi costituisce lo spaziotempo. Dal punto di vista fisico naturale assumere, ed e stato tacitamente assunto nella formulazione della meccanica classica, che lo spaziotempo abbia una natura continua (cioe una topologia localmente omeomorfa a R4, di Hausdorff ed a base numerabile) e differenziabile (per potere impostare equazioni differenziali che determinano l'evoluzione dei sistemi fisici). Assumiamo quindi che lo spazio-tempo sia una variet differenziabile a 4 dimensioni.Intorno alla possibilit della conoscenza umana tanti hanno riflettuto in ambito gnoseologico ed epistemologico (i due termini sono spesso equivalenti), alcuni affermano che l'uomo non potr mai avere conoscenza vera sul mondo ma filtrata da meccanismi soggettivi, altri che attraverso la ragione l'uomo pu scandagliare il reale in quanto razionale.

Universo osservabile

Capitolo 1

Cosmologia nella storia

In questo capitolo riporteremo l'evoluzione sintetica delle teorie cosmologiche e cosmogoniche da un punto di vista storico-religioso.

1.1 Cosmogonia greca

Riguardo il mondo greco, il miglior documento della mitologia ellenica rappresentato dal poema in 1022 esametri di Esiodo intitolato la Teogonia. Gli studiosi concordano sulla influenza dei miti orientali su Esiodo e, in pi, aggiungono, centra anche lorigine asiatica della sua famiglia.Lo schema del racconto ripete in parallelo la mitologia mesopotamica: c una coppia iniziale Urano/Gaia (vedi quella mesopotamica Anu/Ea), e seguono le violenze tra divinit.

GR)

, , [, , ,] , ,, .

(IT)

Dunque, per primo fu il Chaos, e poiGaia dall'ampio petto, sede sicura per sempre di tuttigli immortali che tengono le vette dell'Olimpo nevoso,e Tartaro nebbioso nei recessi della terra dalle ampie strade,e poi Eros, il pi bello fra gli di immortali,che rompe le membra, e di tutti gli di e di tutti gli uominidoma nel petto il cuore e il saggio consiglio.

Urano odia i figli e li sprofonda nelle caverne della terra ed Gaia (la Terra) che geme nelle sue viscere fino a incoraggiare i figli a vendicare loltraggio. La vendetta del figlio minore Kronos che evira e detronizza il padre Urano, le cui gocce di sangue cadute in terra generano le Erinni, mentre il membro virile galleggia sulle acque del Ponto ed il mescolamento della schiuma di sperma e quella di mare determina aphrs, la bianca spuma da cui emerge Afrodite, Venere. Ma c ancora un passaggio generazionale di violenza: Kronos sposa la sorella Rea ed inghiotte i figli che sa che sa che lo detronizzeranno fin quando Rea fugge a Creta dove partorisce Zeus, che salva nascondendolo ed ingannando Kronos, cui fa ingoiare al posto del neonato un fagotto che contiene una pietra. Zeus dopo 10 anni di lotta vince Kronos con astuzia e violenza ed instaura il suo regno. Ultimo atto della serie interminabile di violenze: la rivolta delle altre divinit arcaiche, i Titani fratelli di Kronos che ingaggiano la Titanomachia contro Zeus che li vince e li sprofonda nel Tartaro, riaffermando il suo potere e lordine tra gli uomini (secondo un'altra versione del mito, i Titani sarebbero stati folgorati per essersi cibati delle membra di Dioniso, e dalle loro ceneri sarebbero nati gli uomini).

interessante notare qui come, al contrario di altri miti, l'entit primigenia (Chaos) non esiste da sempre, ma si manifesta all'improvviso e perdura nel tempo.Secondo alcuni autori, tuttavia, Chaos sinonimo di vuoto, il buio che precede la creazione del cosmo e di tutti gli altri dei.Altri interpreti della Teogonia avvertono che Chaos non coinciderebbe solo con il "Vuoto", e ricordano che su questa nozione/divinit non si ha concordanza tra gli studiosi ma si in generale d'accordo che non semplicemente il "vuoto", il "luogo" dove le entit vengono in essere e trovano collocazione; ma, da un attento esame disamina del termine, risulterebbe essere un'entit non solo spaziale ma anche materiale: una sorta di nebulosit senza forma associata all'oscurit. (Graziano

Arrighetti)

1.2 Cosmologia Dantesca e Aristotelica

Aristotele, nella sua opera Il Cielo, descrive la sua teoria dei luoghi naturali, il riferimento per la spiegazione della struttura dell'universo. Sostanzialmente egli efferma che i quattro elementi naturali (acqua, terra, aria e fuoco) hanno un "luogo" naturale assegnato per natura e che tende a raggiungere quando si trova in condizione di libert e senza vincoli esterni. Gli elementi si dispongono nel seguente modo: la terra in basso, poi l'acqua, l'aria e infine il fuoco.

Aristotele giustifica tale affermazione osservando che un sasso in acqua va a fondo, le bolle d'aria vanno verso l'alto, e il fuoco sale quando nell'aria mentre l'acqua e la terra cadono.In secondo luogo afferma che l'universo ha forma sferica, poich la sfera era considerata la forma perfetta, che la terra si trova necessariamente al centro di esso (dal ragionamento precedente), che l'acqua si trova sopra di essa, e via dicendo.Se vi fossero questi elementi anche nel resto dell'universo essi avrebbero raggiunto la terra, il loro luogo naturale, quindi il resto del cosmo deve essere formato da un quinto elemento: l'etere.

Poich nei cieli l'elemento unico non pu esservi alterazione, nascita, morte o in generale cambiamento (se non locale).Come conseguenza il filosofo greco afferma un dualismo tra mondo terrestre e mondo celeste: il nostro mondo soggetto a nascita, morte, corruzione, cambiamento, mentre il mondo celeste rimande rigido e immutabile.Da quasto punto di partenza Aristotele postula una cosmologia, perfezionata da Tolomeo, famosa come il sistema Aristotelico-Tolemaico, che resister fino a Galileo per quasi duemila anni.

Secondo questa visione la Terra si trova al centro dell'universo, circondata dalla sfera della luna.I corpi celesti non sono liberi di vagare nel cosmo ma sono fissati sa sfere di etere, la sfera della luna racchiusa da quella di Mercurio, questultima da quella di Venere, poi del Sole e cos via fino alla sfera delle stelle fisse che chiude l'universo, di dimensione finita.Il movimento dei corpi rimane tuttavia inspiegato. Aristotele ammette che ogni sfera mossa da quella che la racchiude, perci secondo questo ragionamento il necessario ammettere un motore primo, identificato con Dio.Nell'universo aristotelico non esiste il vuoto. Se lo spazio inteso come il limite o contenitore di corpi, allora non esiste uno spazio esterno all'universo, cio un vuoto extracosmico, poich l'universo il contenitore di tutte le cose.Possiamo inoltre parlare di tempo solo se vi cambiamento, se si ha un prima e un dopo. Il tempo quindi "il numero del movimento secondo un prima e un dopo". Egli sottolinea che che il tempo deve essere scandito, misurato, perci ha senso parlare di tempo solo se esiste un soggetto che lo scandisca, unendo passato, presente e futuro.

La visione Dantesca del cosmo deriva direttamente da quella appena citata: terra al centro, pianeti che orbitano intorno ad essa su sfere rigide, e il tutto chiuso dalla sfera delle stelle fisse.In aggiunta dante descrive l'inferno, il purgatorio e il paradiso a livelli: ogni uomo che nel corso della propria vita compia determinate azioni destinato a finire in uno e un solo livello di paradiso, purgatorio o inferno (a seconda del tipo di comportamento).Tolomeo, ispirandosi alla dottrina di Aristotele, introdusse un nono cielo, il Primum mobile, che non conteneva alcun astro visibile, ma originava e alimentava il movimento degli altri otto cieli; i teologi medioevali ripresero questa visione, rafforzata dal fatto che il numero nove era considerato "perfetto" in quanto espressione della trinit di Dio (9 = 33). Nella parte pi elevata, sopra le stelle fisse, vi era l'empireo, il pi alto dei cieli, luogo della presenza fisica di Dio, dove risiedono gli angeli e le anime accolte in Paradiso.

Noi siamo usciti foredel maggior corpo al ciel ch' pura luce:

luce intellettal, piena d'amore;amor di vero ben, pien di letizia;letizia che trascende ogne dolzore.

Qui vederai l'una e l'altra miliziadi paradiso, e l'una in quelli aspettiche tu vedrai a l'ultima giustizia.

(Paradiso XXX, 38-45)

Nella parte pi bassa dell'inferno, nei pressi del centro della Terra, troviamo Lucifero parzialmente immerso nel ghiaccio che tiene nelle sue tre bocche Giuda, traditore di Cristo, Bruto e Cassio, traditori di Cesare.

1.3 Rivoluzione Copernicana, Galileo, Keplero e Newton

Questa visione dell'universo, per quanto scomoda e ingombrante, sopravvisse senza opposizioni per quasi tredici secoli, fino a quando l'astronomo polacco Niccol Copernico propose nel sedicesimo secolo una teoria radicalmente differente. Il motivo per cui le stelle sembrano orbitare attorno alla terra, affermava, causato dal fatto che la terra stessa a ruotare sul suo asse ogni ventiquattr'ore, e l'apparente movimento dei cieli causato dall'osservatore mobile.Suggerire che la terra si muovessere era tuttavia considerato eresia, ma Copernico argoment che il moto dei pianeti poteva essere spiegato perfettamente nel caso in cui essi, terra compresa, orbitassero intorno al sole. Questo port alla teoria che la terra stessa non fosse il centro dell'universo, ma piuttosto un pianeta come gli altri.Essendo un uomo di chiesa, Copernico sapeva che le visioni del Vaticano in merito alla feccenda erano estremamente salde, e proponendo tale teoria egli non sfidava soltanto la scienza ortodossa, ma la visione religiosa della realt, che in quel periodo era pi importante di quella scientifica.Temendo la reazione della chiesa egli decise di tenere la sua teoria solo per se stesso per trent'anni,e solo avvicinandosi alla morte decise di condividerla piuttosto che portarsela nella tomba pubblicando il testo "Sulla rivoluzione delle Sfere Celesti" nel 1543, il quale venne subito messo sull'indice dei libri proibiti.Cos rest, ignorata e dimenticata per quasi ottant'anni, finch uno scienziato italiano, Galileo Galilei, si interss alla questione del moto dei pianeti. Utilizzando il nuovo telescopio da lui inventato, vennero a galla evidenze convincenti del modello Copernicano; scopr infatti che Venere, come la luna, caratterizzata da fasi, a volte mezza, o solo una crescente, parte di essa era illuminata, il ch era possibile solo nel casi in cui Venere orbitasse intorno al sole.Egli scopr inoltre che Giove ha le sue lune che gli orbitano intorno, negando la tesi che affermava che tutto ruota attorno alla terra.Dopo aver pubblicato le sue scoperte, Galileo venne contattato da Papa Paolo V, che gli chiese formalmente di ritrattare le sue idee eretiche. Temendo per la sua vita, Galileo, accett. Alcuni anni dopo, infelice del fatto che una verit cos importante venisse soprressa, pubblico un trattato scientifico brillante dal nome "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo" in cui prese nettamente le difese del sistema Copernicano.Di nuovo, sotto minaccia di tortura e morte, venne costretto ad "abiurare, maledire e detestare" l'assurda visione che la terra potesse muoversi intorno al sole. Venne successivamente messo agli arresti domiciliari in modo che potesse essere tenuto d'occhio per prevenire ulteriori problemi.Nello stesso periodo, un matematico tedesco, Keplero, aggiunse un altro tassello al puzzle della verit. Copernico rimase coerente con la teoria platonica dei moti circolari dei pianeti, e anche se il suo modello spiegava i movimenti planetari molto meglio di quello geocentrico, vi erano ancora alcune irregolarit. Keplero ebbe la fortuna di essere lo studente dell'astronomo Danese Tycho Brahe, il quale lo mise al lavoro per risolvere i problemi del moto di Marte.Il passo avanti di Keplero risiede nella scoperta che il movimento di Marte e degli altri pianeti poteva essere spiegato se le orbite fossero ellittiche invece che circolari, ma il motivo per cui dovessero essere ellissi invece che cerchi perfetti rimaneva un mistero.Il pezzo finale del puzzle venne sistemato, cinquant'anni dopo, dal matematico inglese Sir Isaac Newton. Egli si pose forse una delle domande pi importanti mai fatte dall'uomo: se una mela cade, allora cade anche la luna?Newton rispose affermativamente, la luna cade a causa della legge della legge della gravitazione universale, e cos la mela. Egli formul, nel suo testo Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , una teoria unificata dei cieli, realizzando che i pianeti sono governati dalle stesse

leggi che governano i corpi terrestri, perci la forza che tiene la luna in orbita alla terra la stessa che fa cadere la mela.Derivando le equazioni risultanti egli stabil che ogni corpo orbitante deve per forza muoversi descrivendo una ellisse, come affermato da Keplero.La rivoluzione fu cos completa. Il viaggio, iniziato da Copernico, ha richiesto diverse menti altrettanto brillanti per completarsi, e termin con Newton dopo quasi 150 anni.

Se ho visto pi lontano, perch stavo sulle spalle di giganti

-Isaac Newton

Capitolo 2

L'Universo dopo il Novecento

L'evento che rivoluzion definitivamente la visione dell'Universo fu la pubblicazione, da parte di Albert Einstein, della Teoria dell Relativit Generale, la quale concepisce la gravit non come una misteriosa forza che agisce a distanza tra due corpi ma come il risultato della curvatura dello spazio causata da massa o pi in generale massa/energia. Lo scopo di questo secondo capitolo di introdurre in modo sintetico la visione moderna del cosmo e della sua storia, dal Big Bang alla sua ipotetica fine.

2.1 Teoria del Big Bang e cronologia dell'Universo

La teoria oggi pi accreditata la teoria del Big Bang. Secondo questo modello l'Universo iniziato 13.8 miliardi come una singolarit, ossia un punto infinitamente denso che conteneva tutto ci che esiste oggi. Da quel momento esso ha iniziato a espandersi rapidissimamente tramite un processo conosciuto come "inflazione", e dopo pochi secondi si inizi a formare la materia.Contrariamente da ci che suggerisce il nome, tuttavia, il Big Bang non va immaginato come un'esplosione, ma piuttosto come l'espansione dell'universo a partire da un singolo punto.

Poich gli strumenti attuali non ci permettono di risalire fino all'esatto momento in cui tutto ebbe inizio, molto di ci che sappiamo sull'origine del cosmo deriva da modelli e teorie matematiche, ma nonostante ci gli astronomi possono sentire "l'eco" del Big Bang, anche conosciuta come radiazionie di fondo.La radiazione di fondo la radiazione elettromagnetica che permea l'Universo, scoperta nel 1964 da Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson.Essa pu essere descritta come la radiazione delle fasi iniziali della nascita dell'Universo, ed una delle prove pi importanti a sostegno della teoria del Big Bang.All'inizio della sua vita, l'Universo aveva dimensioni molto pi contenute. temperatura molto pi elevata ed era permeato da una radiazione che interagiva con il plasma di idrogeno.I fotoni, ad elevata energia, interagivano con la materia impedendo il legame tra elettroni e protoni per formare i primi atomi di idrogeno.Con il tempo, tuttavia, la temperatura diminu e l'energia dei fotoni cal tanto che i nuclei di idrogeno cessarono di

assorbirli. A questo punto la materia divent trasparente a queste radiazioni, le quali con il tempo si progarono e iniziarono a perdere lentamente energia.

Secondo il modello cosmologico standard la storia dell'Universo divisa in epoche. Ci che segna il passaggio da un'epoca a quella successiva una transizione di fase, come quelle che avvengono quando si passa dallo stato liquido a quello solido.Le transizione cosmiche riguardano le interazioni fondamentali e la comparsa delle unit microscopiche della materia.

Prima epoca, dal Big Bang a 5,310-44 s: riguardo a questa epoca la fisica non ha strumenti per avanzare ipotesi, ma si pensa che tutte le forze siano unificate.

Seconda epoca, da 5,310-44 s a 10-35 s: la temperatura media 1032 K, e si ha la separazione dell'interazione gravitazinoale dalle altre, ancora unificate. un miscuglio di materia, antimateria, fotoni e neutrini in equilibrio termico.

Terza epoca, da 10-35 s a 10-10 s: la temperatura scende sotto i 1028 K, e l'interazione forte si diversifica da quella elettrodebole. La materia ancora nello stato di plasma di quark e gluoni.

Quarta epoca, da 10-10 s a 10-5 s: a causa dell'inflazione l'Universo si raffreddato fino a una temperatura di circa 1015 K. Le forze fondamentali si differenziano completamente e i quark e i gluoni perdono la loro libert rimanendo confinati negli adroni.

Quinta epoca, da 10-5 s a 1s: l'energia dell'Universo equamente distribuita fra radiazione e particelle. Indifferentemente, per esempio, le coppie di elettroni e positroni possono annichilarsi in fotoni e i fotoni materializzarsi in coppie di elettroni e positroni.

Sesta epoca, da 1s a 100s: la temperatura si abbassa notevolmente e si formano i primi nuclei.

Settima epoca, da 100s a 1010 s: gli elettroni e i protoni, prima liberi nel plasma, iniziano a combinarsi e formare i primi atomi di idrogeno.

Ottava epoca, da 1010 s a 1013 s: la temperatura scende a qualche migliaio di gradi, e l'equilibrio termodinamico descritto in precedenza si rompe dando origine alla radiazione di fondo.

Nona epoca, da 1013 s ad oggi: la materia inizia a strutturarsi in forma stabile.

interessante notare come l'Universo non sia completamente connesso dal punto di vista causale, cio esistono punti che non possono interagire e non possono aver interagito, e ci dovuto al fatto che la loro distanza maggiore di quella che avrebbe percorso la luce dall'origine dell'Universo, cio 14 miliardi di anni luce.Secondo il quadro originario difficile spiegare sia l'omogeneit dell'Universo su larga scala sia le disomogeneit su piccola scala, in quanto come pu esso essere isotropo e omogeneo se le sue parti pi estreme non sono mai state in comunicazione tra loro?Per rispondere a questa domanda Alan Guth propose la teoria dell'inflazione, la quale afferma nei primi istanti dopo il Big Bang l'universo ha subito un'espansione esponenziale invece che lineare, la quale fece aumentare le sue dimensioni di un fattore dell'ordine di 1050.

2.1.1 Teoria della Relativit Generale e metrica di Friedmann

La teoria della Relativit Generale ha rivoluzionato la fisica moderna. Essa una teoria che collega la gravitazione allo spazio e tempo, e che sfida la teoria della gravitazione di Isaac Newton, che resistette per pi di due secoli. Secondo la teoria Newtoniana, lo spazio e il tempo sono immutabili, statici. Nella gravit Einsteiniana, al contrario, lo spazio e il tempo sono interconnessi in una sorta di tessuto, che pu essere distorto e manipolato. La distorsione di tale tessuto il fenomeno della gravit.Con l'introduzione della Relativit Generale, numerose porte si sono spalancate per la fisica. Alcuni fenomeni spiegati tramite tale teoria sono le lenti gravitazionali, i buchi neri e l'espansione dell'universo. La spiegazione di tali fenomeni risiede nelle Equazioni di Campo.Essendo l'argomento estremamente ampio e complesso matematicamente parlando ci limiteremo ad una trattarazione sintetica evitando gli artifici matematici necessari ad una descrizione pi avanzata.Il primo concetto a cui lavor Einstein fu la contraddizione tra l'equazione della gravitazione di newton e i principi della Relativit Ristretta.Mentre secondo la sua teoria nessuna informazione pu viaggiare pi veloce della luce, l'equazione di Newton tempo-indipendente, infatti nella formula

non compare una dipendenza dal tempo, il che significa che la gravit dovrebbe essere una forza istantanea.Pensiamo, per esempio, se il sole dovesse ipoteticamente scomparire. La versione tempo-indipendente della gravit dice che i pianeti verrebbero immediatamente sparati al di fuori delle loro orbite. Se ci fosse vero, quindi, verrebbe violato il principio della Relativit Ristretta.Per risolvere questo problema, Einstein svilupp una teoria della gravitazione che non era istantanea, ma piuttosto che "trasmetteva" l'effetto della gravit alla velocit della luce.Egli propose una idea rivoluzionaria secondo la quale le tre dimensioni dello spazio e quella del tempo sono interconnesse in un tessuto quadridimensionale (spaziotempo) che pu essere distorto e deformato da grandi (o piccole) masse. I corpi celesti come pianeti, stelle, galassie, buchi neri, ecc. curvano il tessuto spaziotemporale un po' come una palla da bowling curverebbe un telo di gomma.

F=Gm1 m2

r2

La gravit come intesa da Einstein non quindi una forza, ma piuttosto la curvatura nello spaziotempo creata da oggetti massicci che definisce il percorso seguito dagli oggetti vicini ad esso.Con questi preconcetti lo scenario precedente avrebbe conseguenze diverse, in sostanza la scomparsa del sole formerebbe delle increspature o onde nello spaziotempo che si propagano alla velocit della luce, perci gli effetti non sarebbero istantanei ma tempo-dipendenti.Pi un oggetto massiccio, pi curver lo spaziotempo e viceversa. Pi grande la curvatura dello spaziotempo pi intenso sar il campo gravitazionale generato.Questa teoria non concepisce lo spazio e il tempo come statici, ma come una sola entit manipolabile dalla materia.

Senza andare nel dettaglio, le equazioni di campo della Relativit Generale sono 10 equazioni differenziali alle derivate parziali non lineari del secondo ordine racchiuse nella seguente formula:

dove gli indici greci sono indipendenti e vanno da 0 a 3, ma date alcune simmetrie le equazioni si riducono da 16 a 10.Questa equazione descrive in linguaggio matematico come "la materia dice allo spaziotempo come curvarsi e lo spaziotempo dice alla materia come muoversi", in quanto tutto ci che si trova nel primo membro descrive la curvatura, e il termine al secondo membro descrive la densit e flusso di energia e quantit di moto nello spaziotempo (tensore stress-energia).La forma di questa equazione svolge un ruolo primario nella formulazione della Relativit Generale, infatti per descrivere lo spaziotempo occorre farlo "dall'interno", essendo esso una entit non immersa in uno spazio di dimensione superiore. Per farlo si ricorre alla geometria differenziale sviluppata precedentemente da Riemann, e ci rende le equazioni di campo delle equazioni tensoriali, in grado di descrivere la geometria intrinseca di una variet differenziabile.Un altro pregio delle equazioni tensoriali la covarianza: essendo impossibile adottare un sistema di riferimento universale, occorre che le equazioni di campo siano indipendendi dal sistema di riferimento scelto, e per farlo si usa il calcolo tensoriale.Per trovare le soluzioni esatte delle equazioni di campo si sfruttano determinate simmetrie dello spaziotempo, come quella sferica per la soluzione di Schwarzschild.Una soluzione si presenta come una metrica, ossia una funzione che fornisce informazioni su come calcolare la distanza tra due punti in un determinato sistema di riferimento, data da ds2, definita da:

dove g il tensore metrico, ossia l'incognita che caratterizza la metrica stessa.Per esempio, la metrica dello spaziotempo piatto si riduce alla metrica di Minkowski:

con il seguente tensore metrico:

R12

g R=8G

c4T

ds2= gdxdx

ds2=c2 dt2dx2dy2dz2

g=

c 0 0 00 1 0 00 0 1 00 0 0 1

Per anni gli scienziati si sono interrogati sul destino finale dell'universo, e grazie alla Relativit Generale si fatto un importante passo avanti verso la risposta. L'unica metrica che verr brevemente discussa in questa dissertazione la metrica di Friedmann - Lematre - Robertson Walker:

dove a(t) il fattore di scala, che descrive l'espansione relativa dell'universo mettendo in relazione la distanza propria tra due oggetti a un tempo t0 e t.La metrica di Fridman-Lematre-Robertson-Walker o FLRW viene spesso denominata Modello Standard della cosmologia moderna, ed una metrica di Riemann che descrive a grande scala un universo omogeneo, isotropo in espansione o in contrazione.Essa importante in quanto viene utilizzata come prima approssimazione per il modello cosmologico standard del Big Bang.La metrica FLRW lascia spazio a pi di una possibile interpretazione geometrica del nostro universo: aperta, chiusa o piatta, a seconda del fattore k.

L'universo potrebbe essere rispettivamente aperto, chiuso o piatto nei casi in cui si abbia k=+1, -1, 0, ma rimane ugualmente isotropo e omogeneo su larga scala.

ds2=dt2a2t [ dr2

1kr 2r 2d 2sin2d 2]

2.2 Teorie divergenti sul destino del cosmo

Mentre siamo in possesso di informazioni abbastanza sicure sul Big Bang e l'origine del cosmo, vi un acceso dibattito in merito al suo destino ultimo.Parlando comunque di tempi estremamente lunghi, dell'ordine di grandezza di decine di miliardi di anni, l'universo si trasformer radicalmente in qualcosa che non riusciremmo nemmeno a riconoscere, ammesso che vi saranno forme di vita a testimoniarlo.Nel capitolo 2.1 si brevemente discusso il fenomeno dell'inflazione senza dare motivazioni concrete al riguardo. Teoricamente, infatti, sarebbe dovuto accadere l'esatto opposto: mano a mano che le galassie si ammassano dovrebbero attrarsi a vicenda a causa della gravit rallentando l'espansione dell'universo.Successe che, al contrario, una forza pi intensa della gravit super questa attrazione e acceler esponenzialmente l'espansione dell'universo. Questa forza, chiamata energia oscura, candidata come uno dei concetti meno compresi dall'uomo, e verr trattata con pi precisione nel prossimo capitolo (per il poco che ne sappiamo). Tutto ci che conosciamo che si tratta di una forza repulsiva che causa l'espansione dell'universo ad una velocit sempre crescente.A questo punto chiaro il motivo per cui il destino dell'universo rimane un mistero, essendo le nostre informazioni profondamente incomplete.Tutto ha una fine, la seconda legge della termodinamica afferma che l'entropia, cio il grado di disordine, tende ad aumentare con il tempo. Le stelle, sole incluso, finiranno il loro combustibile, i pianeti si staccheranno dalle loro orbite e le galassie si distruggeranno.Vi sono varie idee in merito a come potrebbe finire, le principali correnti di pensiero sono: big rip, big crunch, big freeze e big bounce. Quale scenario accadr dipende dall'energia oscura.Secondo la teoria del big rip la velocit di espansione continuer a crescere senza limitazioni fino a che le quattro interazioni fondamentali non saranno pi in grando di tenere unita la materia.Secondo alcuni calcoli dovrebbe accadere tra circa 16.7 miliardi di anni, e il risultato sar la disintegrazione di tutta la materia dell'universo in particelle subatomiche e radiazioni, separate tra di loro da distanze cos grandi da rendere impossibile qualunque tipo di interazione.Secondo la teoria del big crunch tra circa 100 miliardi di anni la forza dell'energia oscura sar indebolita a tal punto che l'espansione dell'universo inizier a rallentare.A quel punto la gravit avr la meglio e riportare tutta la materia dell'universo in un punto, una nuova singolarit, e persino lo spazio e il tempo collasseranno in essa con conclusioni sconosciute.Il big bounce un modello di universo oscillatorio con analogie con il precedente. Secondo tale modello il Big Bang stato una conseguenza del big crunch, e dopo il prossimo big crunch seguir un Big Bang che porter alla formazione di un nuovo universo (forse con altre leggi e costanti fisiche).L'ultimo scenario quello del big freeze, che dovrebbe accadere tra circa 100mila miliardi di anni. Secondo questo modello l'energia oscura continuer ad allontanare i corpi celesti fino a che sar

tutto cos lontano che non vi sar pi energia termodinamica rimasta.Non vi movimento, scambi di energia, vita, le stelle stelle finiranno la loro energia, non se ne formeranno altre e il cosmo si dissiper in un freddo e buio nulla per l'eternit.Queste non sono le uniche teorie, infatti alcuni cosmologi credono che l'aumento continuo di entropia dell'universo lo renderanno qualcosa di cos complesso da diventare una entit autocosciente.Vi ancora una teoria, lasciata appositamente per ultima per le sue caratteristiche quasi fantascientifiche, e ci quella dei multiversi. Secondo questa teoria il nostro universo solo uno dei tanti, una sorta di "bolla" in un iperspazio che contiene un numero finito o infinito di universi.

2.2.1 Energia oscura e costante cosmologica

Come gi precedentemente affermato, la gravit avrebbe dovuto a un certo punto rallentare l'espansione dell'universo senza problemi, ma si osserva che non cos. Le galassie si stanno tutt'ora allontando le une dalle altre e sembra che la velocit continui ad accelerare.Ci implica, tra le altre cose, che debba esserci una qualche forma di energia che agisce in maniera opposta alla gravit allontando le galassie; tale energia misteriosa prende il nome di energia oscura (di cui non si conosce quasi nulla, solo teorie).Questa forma di energia non solo pervade tutto l'universo, ma ammonta a pi della met di esso., infatti essa costituisce circa il 70% dell'universo, mentre il resto materia ordinaria, radiazioni e materia oscura (la quale rimane anch'essa un mistero).Sommando materia ed energia oscura otteniamo circa il 95% di ci che esiste, il che significa che siamo in grado di comprendere e studiare un misero 5% dell'universo, mentre il resto non ancora intelligibile all'uomo.Mentre la materia oscura verr messa da parte, discuteremo qui alcune delle teorie in merito all'energia oscura.Secondo alcuni essa non ha una fonte, sempre esistita nell'universo e prevale sulle altre oggi o nel

recente passato (dove recente passato inteso in termini cosmologici 7 miliardi anni).Essa potrebbe essere costante, il che la renderebbe una quantit che prende il nome di costante cosmologica, il cui significato sar discusso a breve.Un'altra possibilit che essa sia un'entit che evolve nel tempo, era sottodominante all'inizio e per qualche ragione ha dominato sulle altre forme di energia circa 7 miliardi di anni fa. Secondo questa concezione l'energia oscura si comporterebbe come la materia e le radiazioni ordinarie, e prende il nome generico di quintessenza (analoga alla quintessenza di aristotele, l'etere).Secondo un'altra ipotesi tuttavia essa non ne dovuta a una misteriosa forma di energia ne una quinta forza fondamentale, ma piuttosto la prima prova che la teoria della Relativit Generale potrebbe essere errata per ordini di grandezza di miliardi di anni luce. Quest'ultima ipotesi prende il nome di "teorie modificate della gravit".Le equazioni di campo di Einstein citate nel capitolo 2.1.1 suggerivano inizialmente un'universo instabile, e ci port Einstein a modificarle aggiungendo un termine, proporzionale al tensore metrico, che renderebbe l'universo statico.

Questo tentativo fu tuttavia un fallimento in quanto le osserviazioni di Edwin Hubble confermarono che l'universo si stava di fatto espandendo, il che port Einstein a definire la costante cosmologica "il pi grande fallimento che avesse mai fatto".Oggi invece il ruolo della costante cosmologica potrebbe riemergere, infatti un valore positivo della costante necessario per giustificare l'universo in espansione accelerata, quindi einstein potrebbe avere ragione anche quando pensava di avere torto e ripescare la costante cosmologica dal cestino.

2.3 Questioni aperte

Le teorie moderne lasciano aperti numerosi questiti in merito all'universo, alcuni dei quali sono stati gi discussi nel capitolo precedente. Quelli gi brevemente discussi in questa dissertazione sono: energia oscura collegata al concetto di inflazione e costante cosmologica, forma e reali dimensioni dell'universo (variet 3-dimensionale), futuro dell'universo e il momento esatto del big bang.Un altro fenomeno ipotizzato da Einstein nel 1917 ma fino ad oggi sono le onde gravitazionali, ossia delle increspature nello spaziotempo che si propagano a distanza come onde.Fonti di onde gravitazionali potrebbero essere sistemi di stelle binarie composti da buchi neri, stelle di neutroni, e nane bianche.Il 17 marzo 2014 alcuni astronomi del HarvardSmithsonian Center for Astrophysics affermarono di aver registrato la prima immagine diretta di onde gravitazionali nel cielo primordiale.Tra i fenomeni pi inspiegabili vi anche la cosiddetta asimmetria barionica, che sinteticamente lo squilibrio tra materia e antimateria, con la prima che prevale sulla seconda senza un motivo apparente.Secondo la teoria del Big Bang i primi fotoni diedero origine a tanta materia quanta antimatera, ma

R12

g Rg =8G

c4T

allora perch l'universo apparte prevalentemente coposto dalla prima? Secondo alcuni esistono galasse composte interamente da antimateria, solo che non riusciamo ad individuarle, mentre secondo altri avvene qualcosa nelle prime fasi dello sviluppo dell'universo che provoc la rottura di questa simmetria e la formazione di molta pi materia.L'ultimo fenomeno preso in esame il flusso oscuro, che consiste nel movimento a grandi velocit (circa 900 km/s) di alcune galassie verso i confini dell'universo (pi precisamente verso una regione del cielo che si trova in mezzo tra le costellazioni del Centauro e della Vela). Gli astronomi ipotizzano che la causa di questo dark flow sia o un'energia misteriosa o un corpo misterioso che non possibile vedere perch sta al di l dell'universo osservabile ma che avrebbe una tale forza di gravit da attrarre quelle galassie. Il flusso oscuro appare muoversi in direzione delle costellazioni del Centauro e della Vela, cio nella direzione del Grande Attrattore, un altro grande centro di attrazione gravitazionale scoperto nel 1973. Tuttavia la sorgente di attrazione del Grande Attrattore appare originarsi dall'ammasso di galassie noto come Ammasso della Norma, situato a circa 150-250 milioni di anni luce, mentre la sorgente di attrazione del flusso oscuro sembra posizionata molto pi lontano, probabilmente nella stessa direzione verso cui si sta muovendo il Grande Attrattore.

Capitolo 3

Il mondo e la realt come illusioni

Oltre alle teorie fisico-matematiche (in quanto la Relativit Generale una teoria geometrica oltre che fisica) sono nate nella storia anche concezioni filosofiche e fantascientifiche sulla realt in cui viviamo o, secondo alcuni, in cui crediamo di vivere.Lo scopo di questo terzo capitolo di esporre in maniera organica e non da un punto di vista storico alcune di queste teorie.

3.1 Ipotesi della simulazione

Se tutte le nostre teorie fisiche fossero vane, se la realt non esistesse, se la materia e l'energia non fossero altro che informazioni digitali? L'ipotesi della simulazione afferma sostanzialmente questo, ci che l'universo non sarebbe altro che una simulazione al computer di qualche altra civilt pi avanzata. certamente un'idea affascinante, e il preconcetto alla base di ci che l'unit fondamentale della realt non energia, non la materia, ma informazioni, e fu il famoso astronomo John Archibald Wheeler che coni la frase it from bit a portare grandi innovazioni alla fisica digitale.L'idea che lo spazio non sia una variet continua come presupposto dalla Relativit Generale, ma piuttosto discreto, diviso in blocchi, come una sorta di griglia.Il gioco della vita del matematico inglese John Conway un esempio perfetto che dimostra come semplici regole possano dare luogo ad alti livelli di complessit.Si inizia da una griglia in 2 dimensioni popolando l'area, ossia riempiendo alcune parti della griglia, e successivamente si d inizio alla simulazione. La cosa interessante che si tratta di un gioco senza

giocatori, il che significa che una volta fatta partire la simulazione il sistema ha una evoluzione temporale che dipende esclusivamente dalle condizioni iniziali, cio da quali caselle erano popolate.

Il sistema si evolve in base ad alcuni semplici regole che non verranno qui esposte ma che si possono trovare nel link alla fine della dissertazione insieme ad una versione computerizzata della simulazione di John Conway sviluppata da Martin Edwin.

La cosa importante qui che ogni cella influenzata da quella vicine, e sono queste interazioni che, grazie a poche semplici regole, danno origine a questo livello di complessit.Gran parte dei fisici concordano che su scala dell'estremamente piccolo (molto pi piccolo delle particelle del modello standard) lo spazio potrebbe veramente comportarsi in modo analogo, e la presenza o assenza di informazioni potrebbe essere l'assenza o presenza di una particella in ordini di grandezza della lunghezza di Planck.Potremmo quindi essere noi stessi la simulazione computerizzata creata da una civilt superiore che vive in una realt iperdimensionale o da future generazioni.Secondo alcuni vi sono tre possibili scenari futuri: il primo che semplicemente l'umanit finir con l'estinguersi come qualsiasi altra specie, il secondo che si otterranno tecnologie sempre pi avanzate ma l'uomo semplicemente perder interesse nel testare simulazioni sempre pi complesse, e il terzo infine prevede che si raggiungeranno tecnologie cos avanzate che ci permetteranno di creare simulazioni sempre migliori fino ad arrivare a simulare un intero universo. A quel punto se nascer la coscienza significa che avremo creato degli esseri che si evolveranno indipendentemente.La tesi che avere tecnologie cos avanzate implica che estremamente probabile che noi stessi siamo parte di una simulazione, e ci che vediamo non la realt ma semplicemente informazioni salvate in un supercomputer. Questa argomentazione porta all'ipotizzare un numero indefinito di simulazioni una che dentro l'altra come una matrioska, e come potremo mai saperlo?

3.2 Ontologia della fisica e filosofia della conoscenza sensibile

L'elaborazione di un'ontologia in fisica nasce dal bisogno di postulare quali possano essere gli eventuali fatti ed enti "fondamentali", almeno rispetto ad una determinata teoria fisica che abbia immediati riflessi filosofici, a cui fare riferimento per l'elaborazione di una visione del mondo. Da un punto di vista pi generale e filosofico, non solo l'utilit ma la necessit concettuale di elaborare un'ontologia di tipo non metafisico appare inevitabile.Limitata, in quanto scienza empirica, al mondo dei fenomeni e al suo metodo sperimentale-osservativo e matematico, la fisica in passato ha cercato di astenersi dalle speculazioni di carattere ontologico, pur presupponendole per molti aspetti, e ricorrendovi solo qualora le teorie fisiche lo rendessero strettamente necessario. Oggi l'ontologia fisica si va configurando come una branca della filosofia, che ha accantonato le basi concettuali dell'ontologia metafisica tradizionale, basata su argomentazioni logico-dialettiche discorsive, per fare invece riferimento alle evidenze scientifiche.In un'ontologia filosofica che faccia riferimento alla fisica ad emergere non la pretesa di stabilire una volta per tutte che cosa esista e che cosa non esista, e se tutto ci che esiste sia, in ultima analisi, di natura fisico-materiale, ma posta una metodologia di approccio ai problemi fondativi che nascono in seno alle teorie fisiche. Lasciata al suo destino una riflessione sulle "cose ultime" di carattere metafisico, la quale ha peraltro una sua legittimit di natura logico-dialettica, per definizione, al di l dell'ambito dell'empirico, sebbene non necessariamente del reale, un'ontologia fisica altra cosa rispetto all'ontologia metafisica. L'ontologia metafisica, d'altra parte, nella sua ricerca di un fondamento del fisico, ritenuto spesso "non fondamentale", vede esso ci che trascende la sfera della fisicit. Ci significa che la metafisica si storicamente occupata del fisico per lo pi come un mero "accidente fenomenico" o "ente transeunte" e lo relega in un ambito non-fondamentale o insosteanziale dell'essere.D'altra parte una riflessione ontologica sulle odierne teorie fisiche (e biologiche) pu essere considerata una ripresa contemporanea di indagini tipiche della filosofia naturale o filosofia della

natura, una specifica disciplina filosofico-scientifica di grande importanza storica, che ha incominciato a tramontare all'inizio del XIX secolo in seguito alla critica (in direzioni opposte) tanto dell'Idealismo tedesco (da Hegel in particolare, ma con l'eccezione di Schelling) che del positivismo scientista. La filosofia naturale per molti secoli, in particolare prima della nascita della scienza moderna, aveva sempre accompagnato (spesso in maniera confusa) l'indagine scientifica, sia teorica che osservativa e sperimentale. Sarebbe poi opportuno distinguere una filosofia (e quindi un'ontologia) della natura fisica da una filosofia della natura biologica (talvolta chiamata anche filosofia dell'organismo o biologia filosofica).

3.2.1 Kant, la realt come rappresentazione

Nella filosofia di Kant lo spazio inteso come un'intuizione pura, indipendente dalle sensazioni, mediante la quale tutte le sensazioni acquistano una forma. Come lo spazio d forma alle percezioni

interne il tempo ordina quelle interne. Spazio e tempo quindi non derivano dall'esperienza, essi sono trascendentali, e di fatto la rendono possibile.Secondo una delle analogie pi popolari proposte da Kant, le intuizioni pure dello spazio e del tempo sono come delle lenti colorate che filtrano l'esperienza, e ci che conosciamo non realt oggettiva, ma al contempo la conoscenza universale poich tutti gli uomini hanno le lenti dello stesso colore.Se da una parte la conoscenza sensibile fenomenica, in quanto concerne le manifestazioni della realt, dall'altra universale perch tutti i soggetti sono

dotati delle medesime strutture a priori (nel caso dell'estetica le intuizioni di tempo e spazio).Ci a cui abbiamo accesso dunque soltanto il fenomeno, perch non possiamo avere conoscenza della cosa-in-s, ossia alla dimensione oggettiva del monto, che Kant indica con il termine noumeno. Non possiamo semplicemente toglierci gli occhiali per conoscere il vero colore del mondo, ma siamo destinati a percepirlo filtrato dalle intuizioni sensibili.Un'altra famosa immagine proposta da Kant per spiegare la cosa-in-s quella dell'isola. Kant paragona la conoscenza a un'isola conoscibile in ogni angolo e circondata da un vasto mare nel quale non possibile entrare. L'isola rappresenza il fenomeno, la conoscenza sensibile rielaborata dalle nostre strutture a priori, mentre il mare la cosa-in-s, il noumeno, che essendo oltre l'esperienza inconoscibile, ma che deve tuttavia essere presupposta.Kant descrive due accezioni del noumeno: la prima, positiva, atta a intedere esso come qualcosa che non oggetto dell'intuizione sensibile ma di intuizione intellettuale, che per l'uomo non pu conoscere.La seconda, negativa, concepisce il noumeno come qualcosa al di fuori della nostra sensibilit, che non possiamo conoscere ma del quale siamo costretti a supporre l'esistenza, e in questo senso negativs poich un concetto limite, che ci mostra i confini della nostra conoscenza e ci fa capire che esiste un mondo che non possiamo conoscere al di fuori della dimensione fenomenica.

Il noumeno, tuttavia, anche se inconoscibile non pu essere ignorato. La scienza infatti ci dice da quali leggi sono regolati i fenomeni e come funziona il mondo, ma non pu dare spiegazioni sul che cosa questo mondo, perch c', qual il senso della nostra esistenza. Queste domande vanno oltre ci che l'uomo pu conoscere ma, se pur su un piano diverso, sollecitano una risposta, che il filosofo cerca di dare nella Critica alla ragion pratica.In Kant non l'oggetto che si impone al soggetto, ma piuttosto il soggetto che organizza e incasella i dati dell'esperienza nella propria mente attraverso la funzione delle forme pure a priori di spazio e tempo (nel caso della sensibilit), le categorie (nel caso dell'intelletto) e le idee di anima, mondo e Dio (nel caso della ragione).

L'ordine e la regolarit dei fenomeni, che noi chiamiamo natura, siamo quindi noi stessi a introdurli. D'altronde, noi non potremmo certo trovarli nella natura, se noi stessi (o la natura del

nostro animo) non li avessimo originariamente introdotti.

-Immanuel Kant

3.2.2 Solipsismo, realt come pura illusione della mente

La filosofia della conoscienza, lo studio di ci che scientificamente corretto, l'epistemologia.Platone affermo che le cose che conosciamo sono cose che sono vere, che crediamo e per le quali abbiamo una giustificazione per crederci. Tali giustificazioni possono essere razionali o irrazionali, ma non vi fidate troppo in quanto provato non un sinonimo di vero. Vi sono, tuttavia, affermazioni che possiamo prendere per vere senza bisogno di verifica, perci a priori, e sono le tautologie. Un esempio tutti gli scapoli sono single: non c' bisogno di verificare che tutti siano effettivamente single, in quanto la frase vera a priori essendo gli scapoli single per definizione.Ora sorge per un dubbio, come facciamo ad avere conoscenza fin dall'inizio? Il mondo reale

davvero? Come si pu essere sicuri al 100% che ci che viene percepito non sono mere illusioni ma realt effettuale? Questa domanda , naturalmente, piuttosto complessa e ha impegnato menti brillanti, dai greci fino ad epistemologi moderni come Popper, senza avere una risposta precisa.La teoria secondo la quale il sole ruota intorno alla terra funzionava perfettamente, era in grado di predire che il sole sarebbe sorto ogni mattina per un periodo lunghissimo, e fu solo dopo pi di mille anni che realizzarono che ci che

pensavano fosse vero si rivel essere l'opposto della verit.

Conosciamo o conosceremo mai la verit o siamo bloccati in un mondo dove la cosa migliore a cui abbiamo accesso un'approssimazione di essa (per riprendere Popper) scoprendo ogni giorno delle cose in pi senza mai conoscere la vera ed effettiva realt? La scienza pu provare che il mondo esiste veramente e non una mera creazione della mente o una sorta di Matrix? La risposta no, sfortunatamente la mente tutto ci di cui l'uomo dispone, e anche utilizzando microscopi e acceleratori di particelle in ultima analisi la fase finale di elaborazione delle informazioni rimarr sempre la mente. L'uomo da solo nella mente, il che rende impossibile provare scientificamente che qualunque altra cosa esista. Il termine inglese per definire questa situazione egocentric predicament, ossia letteralmente situazione egocentrica. Tutta la conoscenza riguardo il mondo esterno dipende e viene creata dalla mente stessa. La teoria secondo la quale solo il soggetto esiste mentre tutto il resto dell'universo creato all'interno della mente conosciuta come solipsismo. Non vi modo di convincere un solipsista che il mondo esterno reale, e allo stesso modo non c' modo di convincere qualcuno che l'universo non stato creato tre secondi fa insieme a tutti i ricordi (illusori) riguardo il passato. una sorta di rivelazione non semplice da gestire. La visione che si contrappone al solipsimo il realismo, secondo la quale la realt esterna esiste indipendentemente dal soggetto che la percepisce e dal suo phaneron (termine coniato da Charles Sanders Peirce per indicare la realt filtrata dai dati sensibili). Il problema con il realismo, tuttavia, che non si pu sapere al 100% che sia vero, si pu solo credere in esso.Probabilmente l'uomo non sar mai in grado di rispondere a tutte le domande sull'universo, a comprendere ogni singolo mistero, ma il semplice fatto di vagare in quelle domande, di esplorarle, divertente.

Il dubbio uno stato di disagio e insoddisfazione da cui fatichiamo a liberarci per passare allo stato di fede, mentre il secondo uno stato di calma e soddisfazione che non vogliamo evitare,

cambiare in una fede in qualcos'altro.

-Charles Sanders Peirce

Capitolo 4

Conclusioni sulla ricerca e teorema dell'incompletezza

Se ci si aspetta che la scienza dia risposta alle meravigliose domande esistenziali del tipo "che cosa siamo", "dove andremo" e "qual il destino dell'universo" probabilmente il risultato sar solo una delusione e si cercheranno risposte mistiche a questi problemi. Bisogna esplorare e cercare di capire tutto quel che possibile sul mondo, "cerchiamo le leggi ultime del mondo?" chiedono alcuni, e la risposta no, stiamo solo cercando di capire il pi possibile sul mondo e se il risultato sar che esiste un'unica visione che fornisce spiegazione a tutto allora cos sia, sarebbe una scoperta piacevole. Se, al contrario, sar come una cipolla con milioni di strati e ci stancheremo di indagare sullo strato successivo allora cos sia. Qualunque sia la "verit ultima" la natura ne indifferente e si mostrer per quello che , non per quello che ci aspettiamo che sia. Quando si va ad investigare bisogna quindi farlo senza decidere a priori la metodologia della ricerca se non lo scoprire il pi possibile. difficile, quindi, credere alle storie speciali che sono state inventate in merito alla nostra relazione con l'universo, in quanto risultano essere troppo locali, troppo limitate. Dio si manifestato venendo sulla terra, ma osservando cosa sta l fuori sembra improbabile e troppo sproporzionato.Come possiamo sapere se qualcosa vero? Avendo tutte queste religioni e teorie sulle cose normale iniziare a porsi domande, a dubitare, in quanto uno degli aspetti fondamentali dell'uomo proprio il dubitare sulle cose e farsi domande. Quando dubiti e chiedi, a quel punto diventa molto pi difficile credere ciecamente solo per fede.Si pu vivere con il dubbio, senza una risposta, e anzi molto pi interessante vivere senza sapere rispetto all'avere risposte che potrebbero essere sbagliate. Abbiamo risposte approssimative e possibili teorie e diversi gradi di certezza riguardo diverse cose, ma non siamo assolutamente sicurdi di nulla, e addirittura di alcune cose non sappiamo proprio nulla.Ma non necessario avere una risposta, e non dovrebbe spaventarci il fatto di sentirci persi nell'universo senza uno scopo, poich cos che stanno le cose in base a ci che sappiamo.Nelle teorie moderne vengono introdotti ad hoc campi e particelle senza corrispondenze sperimentali per far quadrare la matematica e renderla pi elegante, e anche se questo strattagemma rende la teoria estremamente appagante non chiaro quanto sia lecito e quali corrispondenze essa abbia con il mondo reale, in quanto tali verifiche sono ancora impossibili sperimentalmente.Un esempio la "supersimmetria", una teoria fisica che ipotizza che ogni particella abbia un superpartner, ossia una particella associata con massa uguale ma spin che differisce di mezza unit (es. fotone-fotino, quark-squark).Oltre alla supersimmetria vengono in generale costruite in maniera artificiosa teorie di gauge unendo le simmetrie di diverse teorie, come nel caso della GUT (Grand Unification Theory), la quale pu essere dotata di simmetria del gruppo ortogonale SU(10) oppure del gruppo unitario speciale SU(5). Queste teorie prevedono che le forze siano unificate ad energie molto alte e che la simmetria si "rompa spontaneamente" al di sotto di tale livello dando origine alla differenziazione.Una grande variet di modelli di teorie unificate possono essere costruite, con o senza supersimmetria. Se e quali potranno essere coerenti al mondo naturale una domanda che aspetta ancora una risposta.

Ritengo che la cosa pi misericordiosa al mondo sia l'incapacit della mente umana a mettere in correlazione tutti i suoi contenuti. Viviamo su una placida isola di ignoranza nel mezzo del nero

mare dell'infinito, e non era destino che navigassimo lontano. Le scienze, ciascuna tesa nella propria direzione, ci hanno finora nuociuto ben poco; ma, un giorno, la connessione di conoscenze

disgiunte aprir visioni talmente terrificanti della realt, e della nostra spaventosa posizione in essa che, o diventeremo pazzi per la rivelazione, o fuggiremo dalla luce mortale nella pace e nella

sicurezza di un nuovo Medioevo.

-H.P. Lovecraft

Nondimeno non tutti ritengono possibile racchiudere tutta la conoscenza sull'universo in un'unica compatta ed elegante visione, e molti di essi sono motivati dal teorema dell'incompletezza di Gdel, dimostrato nel 1931.Questo teorema afferma che una qualsiasi teoria matematica non banale che ha una descrizione finita o inconsistente o incompleta, e siccome ogni "teoria del tutto" sarebbe certamente una teoria matematica consistente non banale, deve essere incompleta.

Il teorema di Gdel implica che la matematica pura inesauribile. Non importa quanti problemi vengono risolti, ci saranno sempre altri problemi che non possono essere risolti con le regole

esistenti. [...] A causa di questo teorema, anche la fisica inesauribile. Le leggi della fisica sono un insieme finito di regole e includono quelle della matematica, quindi il teorema di Gdel si applica

anche a loro.-Freeman Dyson

Bibliografia

http://bgr.com/2014/08/27/is-the-universe-a-simulation/ - We are about to find out if our universe really is a hologram

https://www.youtube.com/watch?v=YOxDb_BbXzU - Is the universe a computer simulation? - Computerphile

https://www.youtube.com/watch?v=L45Q1_psDqk - Is anything real?

http://www.peterrussell.com/Reality/RHTML/R11.php - Copernican revolution Peter Russel

http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBhistory.html - Brief History of the Universe

http://www.space.com/25126-big-bang-theory.html - What Is the Big Bang Theory?

http://www.astro.caltech.edu/~george/ay21/readings/peacock_cosmology_notes.pdf - Astrophysical Cosmogy notes J.A. Peacock

https://www.youtube.com/watch?v=kJtCTIktZUc - The end of everything

http://bigthink.com/videos/whats-the-fate-of-the-universe-its-in-the-dark-matter-2 - Michio Kaku, what could be the fate of the Universe?

http://map.gsfc.nasa.gov/universe/WMAP_Universe.pdf - WMAP's introduction to Cosmology

http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/ - Dark Energy, Dark Matter

http://www.space.com/19282-einstein-cosmological-constant-dark-energy.html - Right Again, Einstein! New Study Supports 'Cosmological Constant'

http://www.bitstorm.org/gameoflife/ - Simulation of the Game of Life

http://www.journaloftheoretics.com/Articles/4-1/commentary4-1.htm - Journal of Theoretics - Post-Classical Physical Ontology

http://web.physics.ucsb.edu/~mark/ms-qft-DRAFT.pdf - Quantum field theory and GUT

http://www.science.unitn.it/~moretti/RelativitaSpeciale.pdf - Relativit speciale, formulazione matematica