L’UNIVERSO DI STEPHEN HAWKING

* di Nicola Facciolini

L’Aquila / L’Universo di Stephen William Hawking dall’Orizzonte degli Eventi ai confini della conoscenza. Alla scoperta della Teoria Quantistica della Gravità e del Grande Disegno. La “mente” matematica di Dio, al cui cospetto Papa Paolo VI si inginocchia per due minuti nel consegnargli la medaglia della Pontificia Accademia delle Scienze, è ora libera. Marcelo Sánchez Sorondo, cancelliere della medesima, osserva: “Tutti dicono che era ateo ma io posso affermare che non lo era”. I Buchi Neri furono scoperti nel 1915 da Schwarzschild come soluzione dell’equazione di Einstein. È merito indiscutibile di Hawking l’avere introdotto nella descrizione teorica dei Buchi Neri la Fisica quantistica. Hawking distrugge l’immagine classica del Buco Nero che inghiotte tutto e basta. Secondo Hawking tutto ha avuto inizio con il Big Bang e tutto ha fine con i Buchi Neri: concetto riconducibile a una lettura trasversale delle teorie einsteniane. I Buchi Neri sono corpi galattici capaci di inghiottire ogni cosa, anche la luce, piegando il tempo e lo spazio, ricapitolando in essi tutto l’Universo! Ma lontano dal loro “cuore” è possibile prevedere un concetto che in qualche modo fa sposare Gravità e Quantistica. Tecnicamente il riferimento è alla “teoria quantistica dei campi nello spaziotempo curvo” che può essere spiegata con l’intuizione di Hawking. Entrato all’University College di Oxford, a 17 anni, nel 1959, trova “ridicolmente facile” ottenere la laurea in Fisica con lode, per tre anni non studia mai più di un’ora al giorno! Nel 1974 è Hawking, con Jacob Bekenstein, a mostrare che i Buchi Neri evaporano, cioè emettono una radiazione termica. L’eredità di Hawking, padre della Cosmologia quantistica e del laboratorio matematico dei Buchi Neri, è il futuro dell’Umanità tra le stelle. Dal suo “guscio di noce”, parafrasando Shakespeare, Stephen Hawking domina le platee mondiali della Scienza. “Einstein sbagliò quando disse: Dio non gioca a dadi.

La considerazione dei Buchi Neri – osserva Stephen Hawking – suggerisce infatti non solo che Dio gioca a dadi, ma che a volte ci confonda gettandoli dove non li si può vedere. I Buchi Neri non sono quelle prigioni eterne che un tempo credevamo. Gli oggetti possono uscire da un Buco Nero, e attraversandolo raggiungere forse un altro universo. Quindi se ti sembra di essere in un Buco Nero, non arrenderti: c’è sempre una via d’uscita. Ricordatevi di guardare le stelle e non i vostri piedi. Per quanto difficile possa essere la vita, c’è sempre qualcosa che è possibile fare, e in cui si può riuscire”. Il dialogo tra Scienza e Fede è fondamentale: senza Etica e senza Pace, non c’è Scienza. Stephen Hawking, membro della Pontificia Accademia delle Scienze, una delle menti più brillanti nel firmamento, le cui intuizioni hanno modellato la moderna Cosmologia e ispirato il pubblico della Terra a miliardi, “riposa” sull’Orizzonte degli Eventi. È il 14 Marzo 2018, all’età di 76 anni, quando Hawking lascia la Terra nel 149mo anniversario della nascita di Albert Einstein. Il Pi Greco Day.

Hawking non muore: il suo pensiero vive nei suoi libri e nelle sue equazioni. Nel 1988 pubblica “Dal Big Bang ai Buchi Neri. Breve storia del tempo”, un fantastico libro di divulgazione e comunicazione scientifica in cui spiega i più grandi principi della cosmologia e ispira tutti gli scienziati della Terra a fare altrettanto per informare il pubblico sulle loro ricerche. Scienziato del Tutto, incontra quattro papi: Paolo VI il 9 Aprile 1975, Giovanni Paolo II il 3 Ottobre 1981, Benedetto XVI il 31 Ottobre 2008 e Francesco il 28 Novembre 2016. È uno dei cosmologi più celebri dei secoli XX e XXI, per le sue teorie sui Buchi Neri e l’origine del Big Bang. Hawking ridefinisce la Cosmologia, proponendo la descrizione matematica che i Buchi Neri emettano radiazioni (la sua!) e informazioni per poi evaporare. “Ho avuto la fortuna di incontrarlo a Firenze nel 1995. Eravamo nello stesso hotel in occasione del GR14, la conferenza mondiale di gravitazione – ricorda il professor Eugenio Coccia, Rettore del Gran Sasso Science Institute – una delle menti più brillanti degli ultimi cento anni. Le sue intuizioni sui Buchi Neri e sulle singolarità dello spaziotempo sono diventate pietre miliari nella storia del pensiero scientifico”. 

La passione per la logica, la ricerca scientifica e la famiglia è più forte della malattia. “Ricordo dell’incontro con Stephen Hawking al Cern nel 2009 – rivela Roberto Battiston, Presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana – quando Stephen visita il nostro  esperimento AMS, ora sulla Stazione Spaziale Internazionale, dedicato alla ricerca dell’Antimateria e della Materia Oscura nei raggi cosmici. Un uomo fisicamente fragilissimo, ma che si spostava da un continente all’altro, per vedere, studiare e capire. Lentissimamente ci ha posto delle domande a cui abbiamo risposto. Domande sull’esperimento, su com’era fatto, sulle prospettive scientifiche. Un’ora ad alta tensione, una discussione surreale ma scientificamente interessantissima. La sua forza, la sua intelligenza e il suo coraggio sono stati uno stimolo per tutti noi. In un certo senso nell’uomo Hawking venivano amplificati due aspetti della specie umana: da una parte la sua fragilità all’interno dell’immensità che ci circonda; dall’altra la sua grandezza che permette di esplorare e capire, tramite l’intelligenza e gli strumenti della tecnologia, l’Universo fino alle sue origini”. Per Nichi D’amico, Presidente dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, “Stephen è stato senza dubbio uno tra i più autorevoli scienziati al mondo. Le sue indagini e le sue eccezionali doti intellettuali ci hanno permesso di gettare una nuova luce sull’Universo. È anche grazie a lui e alla sua incessante attività di divulgazione al pubblico se oggi concetti come Buco Nero e Spazio-Tempo ci sono più familiari. Hawking è stato un raro esempio di come il pensiero di un essere umano sia trascendentale e totalmente immune anche alle limitazioni fisiche del corpo che lo ospita”.

Hawking contribuisce alla cosiddetta “Interpretazione a Molti Mondi” della meccanica quantistica. Si fa catturare da un’idea del fisico matematico Roger Penrose e decide di svilupparla. Perché può essere la chiave per rispondere alle sue domande fondamentali. Riguarda, la tesi di Penrose, il collasso gravitazionale dei Buchi Neri. E Stephen Hawking trova che, almeno da un punto di vista matematico, il collasso di quei famelici oggetti verso una singolarità, un punticino con temperatura e densità infinite, è identico al nostro Universo in espansione purché si inverta la direzione del tempo. I Buchi Neri diventano gli oggetti cosmici intorno a cui imbastire la ricerca sull’origine dell’Universo. Hawking, spesso in collaborazione con Penrose, scopre molte cose sui Buchi Neri. Che hanno una temperatura e che non sono poi così orridi come li si descrive. Non rastrellano per sempre materia ed energia, ma possono anche cederne. Perché evaporano, regalando all’Universo osservabile fotoni e particelle pesanti. Anzi, avanza l’ipotesi, Hawking, che nei suoi primi istanti di vita l’Universo ne abbia dovuti far nascere alcuni di dimensioni piccolissime. Mini buchi neri evaporati in un istante! “Noi pensiamo che l’Universo primordiale era un oggetto molto irregolare e caotico e quindi ci aspettiamo che si sia formata una gran quantità di piccolissimi buchi neri – rivela Hawking nel suo libro Il Grande Disegno scritto con Leonard Mlodinow – questi Buchi Neri evaporano e cedono radiazione e materia all’Universo osservabile attraverso quello che noi chiamiamo un tunnel quantistico. La teoria quantistica necessariamente impone quelli che sono chiamati numeri immaginari. Così si può avere un intervallo di tempo immaginario fra due eventi, invece dei normali intervalli di tempo reali. La direzione immaginaria del tempo forma un angolo retto con l’ordinaria direzione reale. Proprio come le direzioni spaziali. Ciò significa che il tempo immaginario si comporta come la quarta dimensione dello spazio. Nello spazio e nel tempo immaginari l’Universo può essere chiuso su se stesso senza limiti né confini. Proprio come la superficie della Terra. Solo con due dimensioni in più. Non sappiamo quanto dovremo aspettare per avere una completa teoria unificata. Né, peraltro, se mai l’avremo. Penso però che abbiamo una chance: che riusciremo a unificare le due teorie entro i prossimi 20 anni. Ma, in un certo senso, io spero di no. Sarebbe come buttar fuori dalla Fisica la bellezza del suo mistero. Ogni altra ricerca dopo la grande impresa sarà come conquistare la vetta di una collina dopo aver scalato l’Everest”. L’Orizzonte degli Eventi è sottoposto a continua espansione. Fenomeno che ricorda uno dei paradigmi fondamentali della Fisica: l’entropia. Con questo termine si designa il grado di disordine di un sistema. Si può pensare a un uovo che cade e si rompe, passando da una condizione di ordine a una di disordine, soggiacendo all’incontrovertibilità apparente del tempo. L’Universo si comporterebbe nello stesso modo: si espande all’infinito e diviene sempre più disordinato, come accade con l’Orizzonte degli Eventi. È il più bel regalo che Stephen Hawking potesse lasciare in eredità alla Umanità. Per poi magari ricominciare sempre tutto dall’inizio. Eureka! È la Teoria Olografica “AdS/CFT” in fieri. Quella che poi svilupperà il fisico teorico argentino Juan Martín Maldacena, il probabile erede di Hawking. Scrive il professor Antonino Zichichi: “Stephen W. Hawking è la prova lampante di cosa è veramente questa forma di materia vivente alla quale noi apparteniamo. Detto in termini telegrafici, ciascuno di noi è una macchina elettromagnetica, con tutte le sue strutture fatte di atomi e molecole. Nella macchina di Stephen Hawking funzionava benissimo solo il cervello. Ed è proprio questa parte della macchina che gli ha permesso di essere attivo in una delle frontiere più difficili dell’umano sapere: la Scienza. Con il cervello si possono fare tante cose; la meno costosa in termini di energia è quella necessaria per pensare. È talmente poca l’energia che nessuno è riuscito finora a misurarla. Questo ci porta a una semplice conclusione: siamo fatti per pensare”. In memoria di Ettore Maiorana, il celebre fisico dell’Antimateria del quale ricorrono gli 80 anni dalla misteriosa scomparsa, e di Stephen Hawking, è stato compiuto un nuovo importante passo in avanti, scientifico e tecnologico, nella ricerca della Materia Oscura. All’Esperimento DarkSide partecipa anche la Russia: al Laboratorio Nazionale Infn del Gran Sasso confermata la efficacia dell’Argon nella ricerca della Materia Oscura. Gli scienziati dei quattro progetti LAr (tecnologia ad Argon liquido) leader a livello mondiale per lo studio della Materia Oscura (ArDM a LSC, DarkSide-50 ai LNGS, DEAP-3600 e MiniCLEAN a SNOLab) hanno deciso di comune accordo di unire le forze, formando la Global Argon Dark Matter Collaboration (GADMC) per realizzare un singolo esperimento LAr di prossima generazione, DarkSide-20k, ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, dov’è prevista la “prima luce” nell’Anno Domini 2021. Onde gravitazionali: da LISA Pathfinder via libera all’Osservatorio spaziale dell’ESA. Dai risultati pubblicati su Physical Review Letters emerge inoltre che Lisa sarà in grado di rilevare una scia di segnali multipli lunga mesi o anche anni, e che sarà sensibile ai primi segnali della fusione di un Buco Nero supermassivo settimane prima che esso sia pienamente in collisione. Scrive su Twitter l’Accademia delle Scienze, l’organismo vaticano fondato nel 1603: “Siamo profondamente rattristati dalla notizia della scomparsa del nostro eccezionale membro Stephen Hawking che è stato così fedele alla nostra Accademia. Ai quattro Papi che ha incontrato ha detto che voleva fare avanzare la relazione tra fede e ragione scientifica. Preghiamo il Signore che lo accolga nella Sua Gloria”. In memoriam of Stephen Hawking (University of Cambridge) and Ettore Maiorana.