Alexa, com’è fatto il mondo?

Andrew Pontzen
L’universo in una scatola
Una nuova storia del cosmo
Adelphi, 2024, pp. 282
€ 26,00

Chi vive in città ormai riesce a vedere poche stelle e pianeti in cielo, tale è l’inquinamento luminoso, ma già spostandosi in campagna, per non dire delle lande più isolate, si riesce a scorgere il chiarore notturno creato dalle tantissime stelle della Via Lattea, la nostra galassia. Le straordinarie immagini che giungono dal telescopio spaziale Webb ci mostrano sempre nuovi angoli dell’universo finora sconosciuti. Tuttavia, quel che riusciamo a vedere anche con i più sofisticati sistemi di osservazione rappresenta una minima parte di stelle, pianeti, buchi neri, galassie e ammassi che compongono l’universo e non è pensabile che l’uomo riesca a colmare questo gap pur nell’entusiasmante rincorsa a nuove scoperte e nuovi strumenti. Come se non bastasse, a tagliare la testa al toro, si aggiunga che negli attuali modelli cosmologici la materia visibile rappresenta appena il 5% di ciò di cui è composto l’universo che per la sua grandissima parte è fatto di materia oscura ed energia oscura, di cui si ipotizza l’esistenza, ma per le quali non si dispone di alcun metodo di osservazione.

Alcuni potrebbero trarre conclusioni pessimistiche da questo scenario o quantomeno concludere che la scienza cosmologica è destinata a brancolare nel buio. Meno disfattiste, ma fortemente critiche, sono le posizioni di chi taccia di sostanziale astrattismo la fisica teorica che si occupa di simili argomenti. Il bel libro di Sabine Hossenfelder “Sedotti dalla matematica” (Raffaello Cortina, 2019) qualche anno fa analizzava dall’interno, con interviste ai maggiori esperti mondiali, come la bellezza dei modelli matematici abbia portato i fisici fuori strada. Di tutt’altro tenore è “L’universo in una scatola. Una nuova storia del cosmo” di Andrew Pontzen (Adelphi, 2024) dedicata alle simulazioni al computer per scoprire gli aspetti ancora ignoti sull’enorme universo intorno a noi, la materia oscura, i buchi neri, le galassie.

Sarà che Pontzen è un appassionato di simulazioni fin da piccolo, quando giocava con il suo personal computer, ma il libro riesce a trasmettere l’entusiasmo della scoperta di aspetti così affascinanti, senza nascondere problemi e criticità, ma infondendo soprattutto ottimismo e fiducia. Nel libro Pontzen si propone di rispondere a dubbi e critiche che un simile approccio inevitabilmente solleva, soprattutto nei non addetti ai lavori.

Le simulazioni, innanzitutto, sono ampiamente utilizzate anche in altri campi della fisica e non solo. Tra tutte pensiamo alle previsioni meteorologiche che affrontano un sistema estremamente complesso come quello rappresentato dall’atmosfera terrestre. Eppure, abbiamo assistito negli anni a un progressivo affinamento delle tecniche meteo, tanto da rendere affidabili le previsioni da qui a dieci giorni. Chi si lamenta, spesso lo fa proprio perché in qualche caso le previsioni falliscono, a fronte di una prevalente affidabilità alla quale siamo ormai abituati. E di simulazioni la scienza ha sempre fatto un largo uso, anche ben prima dell’avvento del computer. Quel che è cambiato radicalmente è la potenza di calcolo, oggi incommensurabilmente superiore al passato.

Altre perplessità provengono dal fatto che a condurre le simulazioni sia una macchina, ma anche qui Pontzen argomenta in maniera convincente la necessità di affidare al computer tale mole di operazioni altrimenti ineseguibili. E se l’Intelligenza Artificiale ingrossa ulteriormente la schiera dei dubbiosi, Pontzen mostra come il ragionamento in condizioni di incertezza affonda le sue radici in studiosi quali Bacone (XVI secolo) e Bayes (XVIII secolo) e ha permesso all’umanità di progredire nel campo delle conoscenze e delle scoperte ben prima dell’avvento di ChatGPT. Si tratta di processare e interpretare i dati, valutandone la loro affidabilità. Computer e programmi di Intelligenza Artificiale sono utilissimi strumenti che l’uomo può utilizzare per farlo.

A proposito di affidabilità Pontzen manda nel libro anche un messaggio rassicurante circa le simulazioni cosmologiche. Sono proprio gli enormi ordini di grandezza con cui si ha a che fare a rendere tali simulazioni particolarmente indicative e preziose. Nei modelli cosmologici, governati a livello macroscopico dalle equazioni della Relatività generale e dalla fluido-dinamica e a livello microscopico dalla meccanica quantistica, si traccia l’evoluzione di sistemi quali galassie, o loro ammassi, buchi neri, sistemi stellari. Se anche le condizioni iniziali non riescono a essere definite in maniera dettagliata, su scale come quelle con cui si ha a che fare gli errori delle simulazioni cosmologiche sono meno critici che in altri campi della fisica. Già la meteorologia, d’altronde, ha smentito i timori dell’effetto-farfalla: se anche il battito d’ali in Brasile provoca un tornado in Texas, questi lo si può prevedere con una certa precisione senza mobilitare tutti gli entomologi carioca. Allo stesso modo se un modello cosmologico non riesce a definire correttamente il numero di pianeti di un determinato sistema stellare, sarà ben più affidabile sulla struttura della galassia che lo comprende.

Restano ovviamente tanti aspetti incogniti e pervasi dal dubbio. Anzi, dal libro di Pontzen, risulta evidente che l’incertezza risieda proprio nelle basi e nelle cornici teoriche e non nelle simulazioni che da esse si traggono. Queste ultime sono semmai il migliore strumento per testare e metterne alla prova le ipotesi: la materia oscura, l’energia oscura e la ragnatela cosmica; le galassie e gli effetti locali; i buchi neri; il ruolo della meccanica quantistica nell’origine cosmica. Già il solo pensarle (e simularle) dovrebbe far riflette su quanto l’uomo abbia saputo raggiungere nel corso della sua esistenza, in un processo che appare inarrestabile, fatto di tentativi ed errori, ma anche di conquiste e scoperte, perché legato alla nostra stessa natura e voglia di conoscere.