Gli innati parametri dell’Universo

Gli innati parametri dell’Universo

Nello sviluppo delle scienze l’uomo si è spesso trovato a dover ricorrere a parametri numerici costanti per l’elaborazione di teorie scientifiche che rispecchino la realtà. Possiamo portare come esempio la costante di Boltzmann oppure la massa dell’elettrone: queste costanti assumono sempre lo stesso valore numerico. Nel corso del Novecento, con il tentativo di sviluppare una teoria del tutto (o una teoria unificata di campo, per dirla alla Einstein), si sviluppò un rinnovato interesse per queste costanti e in particolare si cercò di capire quali fossero frutto di costruzioni umane e quali fossero proprie delle leggi di natura, ovvero quali rispecchiassero la struttura dell’universo:

Con la domanda sulle costanti universali, hai proposto una delle questioni in assoluto più interessanti che si possano porre. Vi sono due tipi di costanti: quelle apparenti e quelle reali. Le prime sono semplicemente conseguenza dell’introduzione di unità arbitrarie, ma sono eliminabili. Quelle reali (vere) sono numeri genuini che Dio ha dovuto scegliere arbitrariamente, per così dire, quando si degnò di creare questo mondo. La mia opinione attualmente è che- in poche parole- le costanti del secondo tipo non esistano e che la loro apparente esistenza sia causata dal fatto che non siamo penetrati sufficientemente a fondo. Credo pertanto che numeri di questo genere possano essere soltanto di un tipo fondamentale, come ad esempio “π” o “e” – afferma Albert Einstein in una lettera spedita a Rosenthal-Schneider a Priceton l’11 maggio 1945).

In questa lettera Einstein si rivela ancora una volta all’avanguardia con le sue intuizioni: infatti, per il fisico tedesco le costanti universali devono essere numeri puri, privi di unità di misura, in modo da avere validità generale indipendentemente dal sistema di unità di misura usato. Attualmente siamo ben lungi da avere costanti espresse attraverso numeri puri ma di certo siamo in grado di capire quali costanti siano universali e che ruolo abbiano avuto queste costanti nello sviluppo del nostro universo.

La prima costante universale ad essere scoperta fu la costante di gravitazione universale (G=6,67×10-11 Nm²/kg²) e fu introdotta da Sir Isaac Newton nel suo lavoro Philosophiae naturalis principia mathematica del 1687. In quest’opera Newton non solo descriveva una delle quattro forze fondamentali, la gravità, ma faceva dipendere questa forza da un parametro numerico. Se questo parametro variasse, cambierebbe il modo in cui i corpi si attraggono per la forza di gravità e, ad esempio, anche l’equilibrio del nostro sistema solare verrebbe spezzato.

Alcune costanti Fisiche
Alcune costanti Fisiche

Nel corso della storia della fisica furono misurate altre costanti universali come la massa dell’elettrone, la velocità della luce (anch’essa molto importante per la gravità perché stabilisce la velocità di propagazione del campo gravitazionale), oppure la costante cosmologica (si veda l’articolo L’imprevisto cosmologico che tentò di stabilizzare l’Universo di Giovanni Cozzolongo), ma fra tutte ha assunto particolare rilievo la costante di struttura fine.

“È stato un mistero fin dalla sua scoperta avvenuta più di cinquanta anni fa e tutti i fisici teorici appendono questo numero sulla parete di fronte a loro e si interrogano sul suo significato.” Richard Feynman.

Questa costante, introdotta da Arnold Sommerfeld nel 1916 come misura della deviazione relativistica nelle linee spettrali rispetto al modello di Bohr, è l’unica ad essere espressa attraverso un numero puro (all’incirca 1/137), e questo è un caso isolato nella storia della fisica. Precedentemente tutte le costanti adimensionali erano state eliminate attraverso generalizzazioni delle teorie che le prevedevano, ma nonostante questo valore numerico  ha avuto un valore fondamentale nei processi che hanno portato l’universo ad essere come noi lo osserviamo attualmente, attualmente i fisici non hanno spiegazioni per questo valore numerico. Se la costante di struttura fine avesse un valore numerico diverso, cambierebbero le interazioni fra le particelle e l’attività nelle stelle:  in definitiva, se variasse questa costante, noi esseri umani non potremmo esistere.

Lo studio delle costanti ha permesso all’uomo di capire le cause ultime che hanno portato alla sua esistenza, allo sviluppo di un universo che permettesse la vita e ha favorito la comprensione, seppur in piccola parte, dell’essenza dell’universo.

Antonio Tagliente

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