L’universo ha avuto davvero un inizio?

Percorso Universo — Modulo 3 di 17
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Indice: Guida alla lettura

1. Il Big Bang e la domanda che rimane

Nel Modulo 1 — Come abbiamo scoperto che l’universo si espande abbiamo seguito le misure che portarono a riconoscere l’espansione cosmica. Nel Modulo 2 — Il Big Bang: le prove della storia dell’universo abbiamo esaminato le tracce di un passato molto caldo: gli elementi leggeri prodotti nei primi minuti, la radiazione cosmica di fondo e le piccole variazioni dalle quali si sono formate le strutture cosmiche.

Queste prove sostengono una conclusione di enorme importanza: l’universo osservabile non ha sempre avuto le condizioni che ha oggi. Si è espanso, raffreddato e trasformato. La sua storia può essere ricostruita mediante osservazioni e leggi fisiche, pur con difficoltà e lacune alle epoche più remote.

Ora affrontiamo una domanda diversa. Se torniamo idealmente indietro lungo quella storia, raggiungiamo davvero il primo istante di ogni cosa? Oppure il Big Bang caldo è stato l’inizio di una fase della storia cosmica, preceduta da una condizione fisica che non sappiamo ancora descrivere?

Non è una distinzione artificiosa. Se osserviamo una stella che nasce da una nube di gas, possiamo parlare dell’inizio della stella senza sostenere che, prima, non esistesse alcuna materia. In cosmologia, però, la questione è più radicale: quando diciamo «universo» possiamo intendere lo spazio-tempo e tutto ciò che contiene. Se anche lo spazio e il tempo fossero comparsi, non avrebbe senso immaginare automaticamente un ambiente vuoto e un orologio già in funzione prima della loro comparsa.

L’obiettivo di questo modulo è dunque valutare che cosa le teorie riescono a stabilire. Studieremo perché la relatività generale suggerisce un limite nel passato, che cosa hanno dimostrato i teoremi di singolarità, perché il teorema Borde–Guth–Vilenkin è così discusso e quali possibilità cercano di esplorare i modelli quantistici o ciclici. Infine vedremo come Stephen C. Meyer interpreta questi risultati nell’argomentazione a favore di una causa intelligente.

La regola fondamentale sarà non scambiare un’inferenza filosofica per una misura astronomica, ma neppure fingere che una domanda importante perda significato soltanto perché supera ciò che possiamo osservare direttamente.

2. Che cosa significa «l’universo ha avuto un inizio»?

Nella vita quotidiana la parola «inizio» sembra semplice. Una gara comincia quando parte il cronometro; un edificio comincia a esistere quando viene costruito. In entrambi i casi esistono già il tempo, lo spazio e i materiali necessari. Il loro inizio avviene dentro un mondo che li precede.

Un possibile inizio dell’universo presenta invece un problema speciale. Se per «universo» intendiamo tutta la realtà fisica, non possiamo presupporre un tempo anteriore, uno spazio esterno o materiali già disponibili. Sarebbero, a loro volta, parti della realtà fisica che stiamo cercando di spiegare.

È utile distinguere tre affermazioni. La prima è che la fase cosmica da noi conosciuta ha un’età finita: il nostro universo osservabile si è evoluto per circa 13,8 miliardi di anni a partire da una fase primordiale calda, secondo il quadro cosmologico comunemente adottato. La seconda è che un determinato modello matematico non può essere prolungato indefinitamente nel passato. La terza, più forte, è che tutta la realtà fisica ha cominciato a esistere e prima non esisteva nulla di fisico.

Queste tre affermazioni non sono equivalenti. Un modello può avere un limite senza che quel limite sia necessariamente un evento reale in cui ogni cosa nasce. E un modello può descrivere un passato senza un primo istante senza, per questo, risolvere automaticamente perché esista qualcosa anziché nulla.

Inoltre, la parola «prima» dipende dalla teoria del tempo adottata. Nella relatività di Einstein, spazio e tempo formano una struttura comune, lo spazio-tempo: gli eventi vengono descritti attraverso tre coordinate spaziali e una temporale. Il tempo non è semplicemente un contenitore universale, separato dal cosmo, in cui accadono tutti i fenomeni.

Se il tempo fisico avesse un limite iniziale, chiedere «che cosa accadde prima?» potrebbe non avere una risposta nella stessa teoria. Ma questo non elimina la domanda più generale sul fondamento dell’esistenza di quello spazio-tempo. Chiarire la differenza tra una domanda temporale e una domanda causale o metafisica sarà decisivo.

3. I 13,8 miliardi di anni: che cosa stiamo misurando?

L’età comunemente attribuita all’universo, circa 13,8 miliardi di anni, non deriva dall’aver osservato il primo istante. È una stima fondata sull’interpretazione combinata di misure astronomiche: l’espansione cosmica, la radiazione di fondo, la distribuzione della materia e altri dati.

In termini semplici, la cosmologia costruisce un modello in cui cambiano nel tempo le distanze medie fra oggetti molto lontani. Un parametro, chiamato fattore di scala, descrive quanto siano grandi quelle distanze rispetto a un’epoca di riferimento. Per ricostruire il passato, i fisici studiano come varia quel fattore seguendo le equazioni del modello.

Il calcolo dell’età non consiste nel dividere una distanza per una velocità mantenuta fissa. L’espansione cambia nel tempo perché materia, radiazione ed energia oscura contribuiscono in modi diversi alla dinamica cosmica. Perciò le misure dell’espansione odierna vengono combinate con una descrizione della sua evoluzione.

La radiazione cosmica di fondo è particolarmente importante: le sue variazioni di temperatura permettono di stimare parametri del modello standard cosmologico, spesso indicato come ΛCDM. Il nome sintetizza la presenza di una costante cosmologica, rappresentata dalla lettera greca lambda (Λ), e della materia oscura fredda (cold dark matter, CDM). Le stime sono molto precise all’interno delle ipotesi del modello; non sono una misura diretta di un presunto «tempo zero».

Questo distingue la certezza osservativa dalle estensioni teoriche. Possiamo osservare la radiazione emessa quando il cosmo diventò trasparente, circa 380.000 anni dopo l’inizio della fase calda nel modello standard. Possiamo inferire fenomeni precedenti, come la formazione dei nuclei leggeri. Ma non possediamo un segnale che ci mostri direttamente il momento in cui l’intero spazio-tempo sarebbe nato.

Talvolta i diagrammi divulgativi disegnano una linea netta a sinistra e la chiamano «Big Bang». Sono rappresentazioni comode, non fotografie dell’origine. Lo stesso vale per l’espressione «tutti i punti erano concentrati in un unico punto»: non è una descrizione osservativa e può risultare ingannevole, soprattutto se l’universo spaziale fosse infinito.

L’età finita è dunque una grande scoperta della cosmologia quantitativa. Il suo significato è però più preciso di quanto suggerisca la frase «la scienza ha misurato il momento in cui tutto è apparso dal nulla».

4. Friedmann e Lemaître: quando le equazioni vengono prolungate all’indietro

La strada verso la domanda sull’inizio si aprì con le equazioni di Einstein. La relatività generale, formulata nel 1915, descrive la gravità attraverso la geometria dello spazio-tempo: materia ed energia sono associate al modo in cui quella geometria si curva e si evolve.

Negli anni Venti Alexander Friedmann trovò soluzioni delle equazioni in cui l’universo può espandersi o contrarsi. Georges Lemaître riconobbe poi che le osservazioni delle galassie potevano essere comprese attraverso un universo in espansione. Il loro contributo, ricostruito anche da Jean-Pierre Luminet in The Big Bang Revolutionaries, non fu semplicemente introdurre l’idea di un cosmo più grande: fu attribuire al cosmo una storia fisica.

In alcuni modelli cosmologici semplici, se si prolungano le equazioni verso il passato, il fattore di scala tende a zero dopo un intervallo temporale finito. La densità e alcune grandezze che descrivono la curvatura dello spazio-tempo crescono senza limite. Nasce così la figura matematica della singolarità iniziale.

Il ragionamento è forte, ma bisogna capire il suo ambito. Le equazioni dei modelli più semplici assumono, su grande scala, un universo omogeneo e isotropo: la materia è distribuita mediamente in modo uniforme e le proprietà statistiche non dipendono dalla direzione in cui guardiamo. Sono approssimazioni che funzionano bene per molta cosmologia, non una descrizione esatta di ogni regione e di ogni epoca.

Una domanda inevitabile era quindi se la singolarità dipendesse soltanto da queste semplificazioni. Potrebbe scomparire descrivendo un universo irregolare, con distribuzioni di materia più realistiche? E che cosa accade se sono presenti componenti fisiche diverse da quelle ammesse nelle versioni più semplici del modello?

La questione non poteva essere risolta con un disegno o con un’analogia. Servivano teoremi matematici capaci di stabilire condizioni abbastanza generali sotto le quali una storia cosmica non sarebbe prolungabile all’infinito verso il passato.

Lemaître stesso aveva considerato modelli in cui il cosmo si contraeva e tornava a espandersi. Già questo mostra che il problema dell’inizio non nacque come una semplice contrapposizione fra «Big Bang» e «nessun Big Bang». Fin dall’origine della cosmologia relativistica, gli scienziati indagarono diverse possibilità.

5. Che cos’è davvero una singolarità?

In molti racconti popolari, una singolarità viene descritta come una pallina infinitamente piccola che contiene tutta la materia. L’immagine è suggestiva, ma non rende giustizia al concetto usato nei teoremi moderni.

Una singolarità segnala, in generale, un limite nella descrizione dello spazio-tempo. Gli scienziati cercano di riconoscerlo in modo indipendente dalle coordinate impiegate. Le coordinate sono le etichette matematiche con cui descriviamo posizioni ed eventi; cambiarle non dovrebbe creare o eliminare una vera proprietà fisica.

Per comprendere il problema, pensiamo alla carta geografica della Terra. Vicino ai poli alcune coordinate diventano scomode e certe linee si incontrano tutte in un punto; questo non significa che la superficie terrestre finisca lì. Allo stesso modo, in relatività possono apparire difficoltà matematiche che dipendono dal sistema di coordinate, non dalla presenza di una singolarità fisica.

Una nozione più profonda è l’incompletezza geodetica. Una geodetica è, semplificando, la traiettoria che un corpo in caduta libera oppure un raggio luminoso segue nello spazio-tempo. In uno spazio-tempo completo, tali traiettorie possono essere prolungate quanto previsto dalla sua struttura. Se una traiettoria termina dopo un intervallo finito del parametro fisico pertinente e il modello non permette di proseguirla, lo spazio-tempo è incompleto.

Per una particella dotata di massa si può parlare, nei casi appropriati, del suo tempo proprio, cioè il tempo segnato da un orologio che viaggia con essa. Per la luce si usa un altro parametro matematico lungo il percorso. Non occorre conoscere tutti i dettagli del calcolo: ciò che conta è che l’incompletezza riguarda la possibilità di continuare una storia fisica nel modello.

Un punto delicato è che incompletezza non equivale automaticamente a densità infinita. E non dimostra, da sola, che non esistano descrizioni più ampie in cui la traiettoria può essere prolungata. In certi casi il confine corrisponde a un problema delle coordinate o della regione descritta; in altri indica qualcosa di più profondo.

È qui che la fisica impone cautela. Dire che la relatività classica raggiunge un limite è una conclusione seria. Dire che proprio in quel limite si osserva sperimentalmente una creazione dal nulla sarebbe un’affermazione diversa, non giustificata dalle osservazioni.

6. Hawking e Penrose: perché i teoremi cambiarono la cosmologia

Negli anni Sessanta e Settanta Roger Penrose e Stephen Hawking diedero al problema un rigore nuovo. Le loro ricerche mostrarono che le singolarità non sono soltanto curiosità di modelli perfettamente simmetrici. Possono emergere da condizioni fisiche più generali, sia nel collasso gravitazionale sia in cosmologia.

Un risultato di riferimento è l’articolo di Hawking e Penrose del 1970, The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology, pubblicato nei Proceedings of the Royal Society. Gli autori costruirono un teorema valido sotto un insieme di condizioni sulla geometria dello spazio-tempo, sulla materia e sulla struttura causale. La conclusione matematica usa l’incompletezza di geodetiche di particelle e della luce come indicatore della singolarità.

Una condizione di energia è un’ipotesi sulle proprietà della materia e della pressione. Nella relatività, non basta conoscere quanta energia sia presente: la pressione stessa contribuisce alla gravità. Alcuni teoremi richiedono che materia ed energia si comportino entro particolari limiti. Altre condizioni riguardano l’assenza di percorsi temporali chiusi o la geometria dello spazio-tempo.

Il significato storico è importante. Non bastava più sostenere che l’inizio fosse una conseguenza di un modello troppo semplice: i nuovi teoremi indicavano che, entro ipotesi ampie e ragionevoli per la relatività classica, un limite era difficile da evitare.

Ma anche le condizioni hanno una storia. Un universo dominato da fenomeni quantistici o da una particolare forma di energia può non soddisfare alcune ipotesi impiegate dai teoremi classici. L’inflazione cosmica, proposta negli anni Ottanta, è un caso significativo: prevede una fase di espansione fortemente accelerata che rende inapplicabili, in certe situazioni, alcune condizioni di energia dei risultati precedenti.

Non è dunque corretto dire che Hawking e Penrose abbiano dimostrato con un teorema che tutte le cosmologie fisicamente possibili debbano iniziare con un punto materiale infinitamente denso. Hanno dimostrato qualcosa di fondamentale ma circoscritto: che determinate strutture spazio-temporali, sottoposte alle condizioni specificate, sono incomplete.

Stephen C. Meyer, in Return of the God Hypothesis, ricostruisce questi risultati come parte del caso favorevole a un inizio cosmico. Egli stesso esamina le condizioni di energia e le difficoltà che sorgono quando la cosmologia viene estesa verso regimi estremi. La forza dell’argomento non sta nel cancellare queste ipotesi, ma nell’affrontarle.

7. Il confine della relatività: perché entra in gioco la fisica quantistica

Quando gli scienziati prolungano il modello cosmologico verso densità ed energie sempre più elevate, giungono in una regione dove due grandi teorie devono essere considerate insieme. La relatività generale descrive la gravità e la struttura dello spazio-tempo. La fisica quantistica descrive con grande successo il comportamento di materia e radiazione su scale microscopiche.

Il problema è che non disponiamo ancora di una teoria della gravità quantistica verificata sperimentalmente e generalmente accettata, capace di descrivere in modo completo le condizioni più estreme che potrebbero caratterizzare l’origine cosmica. Non sappiamo, dunque, se una singolarità prevista dall’estrapolazione classica rimanga presente nella descrizione fisica più fondamentale.

Spesso si cita il tempo di Planck, circa 5,4 × 10⁻⁴⁴ secondi. Questo numero deriva da una combinazione di costanti fondamentali: la costante gravitazionale, la velocità della luce e la costante di Planck ridotta. È una scala teorica alla quale ci si aspetta che gli effetti quantistici della gravità diventino importanti.

Occorre evitare un equivoco: nessuno ha misurato l’universo a 5,4 × 10⁻⁴⁴ secondi dalla sua nascita. Non possiamo neppure trattare quella cifra come un confine empirico preciso prima del quale ogni legge certamente fallisce. È un’indicazione teorica della scala a cui le descrizioni attuali diventano insufficienti.

Per capire perché questo sia rilevante, ricordiamo che una teoria può funzionare benissimo in un ampio campo di osservazioni e richiedere modifiche in condizioni estreme. Le leggi di Newton continuano a permettere calcoli straordinariamente efficaci per moltissimi fenomeni, anche dopo Einstein. Non sarebbero però adeguate per descrivere da sole l’interno di un buco nero o le fasi primordiali più estreme.

Qualcosa di simile può accadere alla relatività generale. La presenza di una singolarità nei suoi modelli non obbliga a credere che nella natura esistano davvero valori fisici infiniti. Può indicare che la teoria è stata spinta al di là del proprio campo di validità.

Questa possibilità non prova che sia esistito un universo precedente. Significa soltanto che, per escluderlo o confermarlo, occorre una teoria migliore accompagnata da controlli osservativi. Il limite della conoscenza è reale; non è una soluzione dell’enigma.

8. L’inflazione cosmica: un inizio ancora più remoto?

Nell’articolo precedente abbiamo visto che la radiazione cosmica di fondo conserva le tracce di un universo primordiale sorprendentemente uniforme. Il problema di spiegare tale uniformità, insieme ad altre proprietà cosmiche, ha contribuito allo sviluppo dell’ipotesi dell’inflazione.

Secondo questa proposta, l’universo avrebbe attraversato una fase estremamente rapida di espansione accelerata, prima della storia termica normalmente descritta dal Big Bang caldo. L’inflazione può offrire una spiegazione comune dell’uniformità su grandi distanze, della geometria quasi piatta e dell’origine delle piccole fluttuazioni che avrebbero prodotto le galassie.

Si tratta di un quadro teorico importante, con modelli che descrivono bene diversi dati osservativi. Tuttavia l’inflazione non è stata osservata direttamente come evento storico, e non abbiamo identificato con certezza il meccanismo fisico che l’avrebbe prodotta. I suoi modelli non sono tutti equivalenti e alcune predizioni dipendono dal particolare modello adottato.

Un’idea ancora più radicale è l’inflazione eterna. In alcuni modelli, mentre determinate regioni smettono di espandersi in modo inflazionario, altre proseguono. Potrebbero così formarsi molte regioni cosmiche, spesso rappresentate come «universi-bolla». L’aggettivo «eterna», però, va capito: una fase che continua indefinitamente verso il futuro non deve necessariamente essersi estesa indefinitamente verso il passato.

Questa osservazione cambiò la domanda. Se una fase inflazionaria genera innumerevoli regioni cosmiche, possiamo evitare del tutto un limite iniziale? Oppure anche uno spazio-tempo inflazionario possiede un confine verso il passato?

La risposta non è contenuta nella sola esistenza dell’inflazione. Serve studiare la struttura delle traiettorie all’interno dello spazio-tempo, verificando quali ipotesi vengono soddisfatte e quale parte della storia è effettivamente descritta.

Da questa esigenza nacque il risultato di Borde, Guth e Vilenkin del 2003. Fu un progresso decisivo perché consentiva di discutere un possibile limite anche senza appoggiarsi alle condizioni di energia impiegate in alcuni teoremi precedenti.

9. Il teorema Borde–Guth–Vilenkin: che cosa dimostra davvero

Nel 2003 Arvind Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin pubblicarono su Physical Review Letters un articolo dal titolo Inflationary Spacetimes Are Incomplete in Past Directions. Il lavoro è comunemente indicato come teorema BGV, dalle iniziali dei tre autori.

Il risultato non richiede direttamente le condizioni di energia che avevano limitato alcuni teoremi classici. Utilizza invece un argomento cinematico, cioè basato sul comportamento di espansione e sui percorsi dei corpi e della luce. In termini accessibili, considera che cosa accade seguendo una traiettoria verso il passato all’interno di uno spazio-tempo che si espande, in media, in modo sufficientemente persistente.

Il parametro fondamentale è il tasso di espansione, spesso rappresentato dalla lettera H. Il teorema usa una condizione sulla sua media lungo la traiettoria considerata. Quando l’espansione media verso il passato è positiva, il percorso può risultare incompleto nel passato: non può essere prolungato indefinitamente entro la descrizione considerata.

Questa è la conclusione da ricordare. Non significa che Borde, Guth e Vilenkin abbiano osservato un evento di creazione. Non dimostra una densità infinita né stabilisce che ogni possibile realtà fisica debba avere un inizio assoluto. Mostra invece che una descrizione basata su una persistente espansione media, come in molti modelli inflazionari, non può essere da sola l’intera storia verso il passato.

Gli stessi autori indicano la necessità di una fisica diversa dall’inflazione per descrivere il confine passato della regione inflazionaria. Quel «confine» è precisamente ciò che rende il teorema rilevante. L’inflazione non può essere invocata, in generale, come una spiegazione automatica che elimina la questione dell’origine.

Ma è fondamentale non trasformare una condizione matematica in un’affermazione universale. Se un modello comprende una fase di contrazione, una regione in cui la condizione sulla media non vale, oppure un’estensione dello spazio-tempo non descritta inizialmente, l’applicazione del teorema deve essere studiata caso per caso. In alcuni casi il teorema non si applica all’intera storia proposta; in altri può comunque indicare una difficoltà reale.

Uno studio del 2025 di Ferreira, Pinto-Neto e Xavier, pubblicato su Physical Review D, ha esaminato proprio possibili estensioni con rimbalzo cosmologico di determinate geometrie compatibili con i vincoli BGV. Si tratta di un risultato teorico, non di una scoperta osservativa di un universo precedente; è utile però a capire perché «incompletezza del modello» e «inizio assoluto della realtà» non vadano identificati automaticamente.

La conclusione scientifica resta significativa: molti tentativi di rendere eterna nel passato una fase espansiva incontrano un ostacolo matematico robusto. La conclusione filosofica che si può trarre da questo ostacolo richiede un ragionamento ulteriore.

10. Si può parlare di nascita «dal nulla» in fisica?

Quando leggiamo che l’universo potrebbe essere nato «dal nulla», la prima domanda dovrebbe essere: che cosa significa qui «nulla»? La stessa parola può indicare idee molto diverse.

In filosofia, il nulla assoluto significa assenza di qualsiasi realtà: niente spazio, niente tempo, niente materia, niente energia, niente campi, niente leggi fisiche già operanti. È un concetto radicale, diverso dall’oscurità, dal vuoto di una stanza o da una regione dello spazio priva di stelle.

In fisica, il vuoto quantistico è qualcosa di molto diverso. È lo stato di minima energia di un sistema di campi quantistici, descritto da una teoria. Non è un recipiente vuoto in senso ingenuo e non coincide con il nulla filosofico. Anche quando non contiene particelle osservabili nel modo ordinario, possiede proprietà fisiche definite.

Alcune proposte di cosmologia quantistica descrivono la nascita di un universo mediante processi chiamati, in analogia con la meccanica quantistica, tunneling: attraversamento di una barriera che, nella descrizione classica, non sarebbe superabile. La difficoltà è comprendere esattamente che cosa rappresentino gli stati matematici e quali condizioni rendano valido il modello quando lo spazio-tempo stesso è coinvolto.

Dire che un modello rappresenta una transizione quantistica non equivale quindi a dimostrare che una legge fisica possa agire in assenza di qualunque realtà. Se si presuppongono equazioni, principi o uno spazio di stati matematici, va chiarito se tali ingredienti sono strumenti descrittivi oppure vengono considerati entità che esistono fisicamente.

Questo non rende inutili i modelli. In fisica, lavorare su ipotesi formalizzate è spesso il modo per ottenere nuove conoscenze. Però bisogna distinguere una proposta matematica su una condizione primordiale da una conclusione ontologica secondo cui l’esistenza sia stata spiegata senza alcun presupposto.

Su questo punto il confronto proposto da Meyer ha una funzione precisa: chiede se una descrizione fisica possa rispondere da sola alla domanda più generale sul perché esista la realtà fisica. La risposta non discende semplicemente dalla parola «quantistico» e non può essere stabilita da un titolo divulgativo.

11. Hartle e Hawking: un universo senza confine iniziale?

Nel 1983 James Hartle e Stephen Hawking pubblicarono Wave Function of the Universe, uno dei lavori più noti di cosmologia quantistica. Proposero di descrivere uno stato quantistico dell’universo attraverso una particolare costruzione matematica, in cui entrano geometrie dello spazio-tempo con proprietà diverse da quelle intuitive del tempo quotidiano.

Il progetto viene spesso chiamato proposta «senza confine», o no-boundary. Una delle sue idee fondamentali è che, in una descrizione quantistica appropriata, il confine iniziale dello spazio-tempo classico potrebbe non presentarsi come un bordo netto che richiede un evento precedente dello stesso genere degli eventi ordinari.

L’analogia più conosciuta è quella della superficie della Terra. Possiamo andare verso nord fino al Polo Nord senza trovare un muro oltre il quale la superficie finisca. La coordinata «latitudine nord» raggiunge un limite, ma la superficie non presenta un bordo fisico. In modo assai più tecnico, alcune formulazioni cosmologiche cercano di rappresentare l’origine senza una singolarità iniziale classica.

L’analogia non è una dimostrazione: la forma della Terra è direttamente osservabile, mentre la descrizione quantistica dell’intero universo è una proposta teorica da valutare. Il lavoro originale utilizza, come esempio di calcolo, modelli molto semplificati. Le questioni legate alla formulazione dell’integrale sui possibili stati geometrici e all’interpretazione delle condizioni al contorno sono state oggetto di ulteriori ricerche.

Se questa impostazione risultasse valida, potrebbe modificare profondamente il significato dell’espressione «inizio del tempo». Non è tuttavia corretto concludere che il modello abbia già dimostrato l’inesistenza di qualunque fondamento causale, o che abbia verificato sperimentalmente la generazione dell’universo senza alcuna spiegazione.

Il nodo è logico e scientifico insieme: una teoria che non richiede un confine temporale ordinario non risponde necessariamente alla domanda sul perché la teoria, lo stato quantistico e le sue leggi esistano. È questo il punto su cui si concentra parte della riflessione filosofica favorevole al Disegno Intelligente.

12. Universi che rimbalzano o si ripetono: le alternative fisiche

Un’altra famiglia di modelli immagina che l’espansione attuale sia stata preceduta da una contrazione. La materia e la geometria cosmica avrebbero raggiunto uno stato estremamente denso, seguito da un rimbalzo: invece di attraversare una singolarità classica, l’universo sarebbe tornato a espandersi.

L’idea è antica. Friedmann, Lemaître e Richard Tolman discussero già nel Novecento possibilità cosmologiche cicliche. Jean-Pierre Luminet, nel suo studio sulla nascita della cosmologia moderna, ricorda l’attenzione di Lemaître per questi scenari e per le condizioni sotto le quali le singolarità possono o non possono essere evitate.

Una versione più recente si trova nella cosmologia quantistica a loop, sviluppata a partire da idee della gravità quantistica a loop. Nel 2006 Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski e Parampreet Singh mostrarono che, in un modello quantistico omogeneo e isotropo con un campo scalare, l’evoluzione può sostituire la singolarità classica con un rimbalzo. È un risultato tecnico importante all’interno del modello studiato. Non dimostra che il nostro universo abbia effettivamente attraversato quel rimbalzo.

Un altro approccio è la cosmologia ciclica di Paul Steinhardt e Neil Turok, presentata nel 2002. La proposta descrive una successione di epoche con espansione e contrazione. I problemi da risolvere sono numerosi: come attraversare in modo coerente la transizione, come ottenere le fluttuazioni osservate e come gestire le condizioni fisiche necessarie a ripetere il ciclo.

Roger Penrose ha proposto una soluzione ancora differente, chiamata cosmologia ciclica conforme. In essa, il futuro estremamente remoto di un’epoca cosmica sarebbe collegato all’inizio della successiva attraverso una particolare relazione geometrica. Penrose e Krzysztof Meissner hanno continuato a sviluppare la proposta, anche in un lavoro del 2025. Si tratta di un programma di ricerca attivo, non di un passato cosmico accertato.

Questi modelli sono interessanti proprio perché tentano di formulare alternative precise. Non basta infatti dire «forse c’era qualcosa prima»: occorre proporre equazioni coerenti, ricavare conseguenze osservabili e verificare che i risultati non contraddicano la radiazione cosmica di fondo, le abbondanze degli elementi e le strutture osservate.

Neppure un modello ciclico, se confermato, risponderebbe necessariamente a ogni domanda. Potrebbe estendere la storia fisica nel passato, ma resterebbe aperto il problema del perché esistano le leggi e le condizioni che rendono possibile la successione dei cicli. Il significato filosofico e la validità scientifica vanno tenuti distinti.

13. Come potremmo distinguere una vera origine da un passato più lungo?

La cosmologia non può tornare fisicamente indietro nel tempo con un’astronave. Può però controllare se una teoria lascia tracce verificabili nell’universo successivo. È il metodo utilizzato anche nei due moduli precedenti: collegare un’ipotesi a misure che avrebbero potuto risultare differenti.

Un buon modello dell’universo primordiale deve spiegare le proprietà della radiazione cosmica di fondo, incluse le sue piccole fluttuazioni. Deve risultare compatibile con la composizione chimica prodotta nei primi minuti e con la formazione successiva delle galassie. Deve anche specificare come si passa dalla fase ipotizzata al Big Bang caldo, perché non basta disegnare due periodi consecutivi su una linea del tempo.

Alcuni modelli prevedono particolari caratteristiche nelle fluttuazioni primordiali o nelle onde gravitazionali primordiali, cioè debolissime oscillazioni dello spazio-tempo eventualmente prodotte nelle fasi più antiche. La ricerca osservativa cerca segnali che permettano di scegliere fra meccanismi diversi. Ma non è detto che ogni teoria lasci tracce abbastanza forti da essere misurabili con gli strumenti attuali.

Un altro problema è che modelli differenti possono produrre previsioni simili nelle condizioni che riusciamo a osservare. Si parla allora di una difficoltà nel discriminare fra ipotesi: i dati disponibili non bastano per stabilire quale storia remota sia effettivamente accaduta.

Questo limite non equivale a dire che «tutte le spiegazioni valgono ugualmente». Le teorie possono essere confrontate per coerenza matematica, numero di assunzioni, capacità di rendere conto delle osservazioni, previsione di nuovi fenomeni e possibilità di controllo. Alcune funzionano meglio di altre in problemi specifici, pur senza fornire ancora una ricostruzione completa.

Il nostro bilancio scientifico è quindi abbastanza netto. La fase calda e densa è ben sostenuta; l’esatta dinamica della fase ancora precedente, se esistita, non è stabilita. I teoremi possono dimostrare l’incompletezza di classi di modelli, ma non sostituiscono un’osservazione di ciò che vi sarebbe oltre quel limite.

14. L’argomentazione di Stephen Meyer: perché un inizio sarebbe significativo

Fin qui abbiamo presentato soprattutto fisica e cosmologia. Il loro significato interessa anche la filosofia. In Return of the God Hypothesis Stephen C. Meyer sostiene che le scoperte cosmologiche del Novecento abbiano riaperto una domanda che molti consideravano superata: la realtà fisica richiede una causa o una spiegazione che non sia semplicemente un altro processo fisico al suo interno?

La sua argomentazione prende le mosse da una considerazione precisa. Se tutto ciò che è fisico — materia, energia, spazio e tempo — avesse avuto un inizio, allora una causa adeguata a spiegarne l’esistenza non potrebbe essere semplicemente un pezzo dello stesso universo, già presente prima del suo inizio. In questo scenario, una spiegazione dovrebbe essere indipendente dalle condizioni fisiche che intende spiegare.

Meyer richiama la storia dell’espansione cosmica, i teoremi relativistici e il risultato BGV come elementi che, considerati insieme, renderebbero plausibile un limite iniziale della realtà fisica. Egli interpreta questo insieme di risultati come un indizio favorevole all’ipotesi di una causa trascendente o non materiale. Nelle sue opere, tale argomentazione si integra con quelle relative alla regolazione fine delle leggi fisiche e all’informazione biologica.

Per comprendere il ragionamento, possiamo distinguere quattro passaggi. Primo: l’universo osservabile possiede una storia con un passato caldo e denso. Secondo: determinati modelli fisici raggiungono un limite nel passato e alcune estensioni inflazionarie sono incomplete. Terzo: si valuta quanto tali limiti sostengano l’ipotesi che tutta la realtà fisica abbia avuto un inizio. Quarto: se si assume quell’inizio totale, si domanda quale tipo di causa o fondamento potrebbe spiegarlo.

I primi due passaggi appartengono in larga misura alla cosmologia fisica e alla matematica. Il terzo richiede di valutare modelli e ipotesi ancora incompleti. Il quarto è un’inferenza filosofica: non è contenuto come teorema nelle equazioni di Borde, Guth e Vilenkin.

Questa distinzione non rende priva di valore la conclusione di Meyer. Permette anzi di formularla nel modo più forte che le premesse disponibili consentono: le scoperte cosmologiche possono fornire ragioni per considerare seriamente una spiegazione dell’esistenza dell’universo che non si esaurisca nella sua evoluzione interna. Non autorizzano però la frase «la fisica ha sperimentalmente dimostrato l’esistenza di un progettista».

È importante anche non attribuire a tutti gli studiosi discussi la posizione di Meyer. Hawking, Guth, Vilenkin e Penrose hanno elaborato teorie e conclusioni differenti. Un risultato ottenuto da uno di loro può essere utilizzato in un argomento filosofico da un altro autore, ma questa utilizzazione non ne rende automaticamente condivisa l’interpretazione.

Nel nostro percorso, il valore della proposta di Meyer emerge proprio quando non facciamo dire alla cosmologia più di ciò che dimostra. L’ipotesi di una causa intelligente viene presentata come una spiegazione da argomentare, non come un dato misurato da un telescopio. Il percorso tornerà su tale inferenza nei Moduli 16 e 17, quando avremo studiato anche le leggi e le condizioni fisiche necessarie alla complessità.

15. I dubbi principali e la risposta pro-ID

La principale cautela scientifica è ormai chiara: un confine matematico non è necessariamente il primo istante dell’intera realtà. I sostenitori di cosmologie quantistiche, di rimbalzo o cicliche osservano che possono esistere descrizioni più ampie rispetto a quelle considerate nei teoremi applicati a singole fasi. Gli studi moderni impongono di verificare le condizioni di ogni risultato anziché applicarlo indiscriminatamente.

Questa è una critica pertinente e non deve essere nascosta. Il BGV, per esempio, non proibisce per definizione ogni possibile fase di contrazione precedente a una fase espansiva. La domanda scientifica resta se un’alternativa specifica sia matematica e fisicamente coerente e se trovi conferme empiriche.

La risposta dei sostenitori dell’argomentazione cosmologica, fra cui Meyer, non consiste necessariamente nel negare che i fisici possano proporre modelli diversi. Consiste nel sottolineare che l’esistenza di una possibilità matematica non equivale ad aver identificato la storia reale dell’universo. Per contestare un’interpretazione favorevole all’inizio, un’alternativa dovrebbe mostrare come si applica al mondo osservato, senza limitarsi a spostare la domanda in una fase ipotetica precedente.

Rimane inoltre un’altra distinzione: anche un passato fisico indefinitamente lungo non risponde automaticamente al problema del perché esista quel passato, con le sue leggi. Un modello eterno può cercare di eliminare un primo momento, ma non dimostra da solo che la realtà sia priva di un fondamento. Questo è il punto sul quale l’inferenza metafisica favorevole a una causa intelligente continua a concentrarsi.

La conclusione non deve essere più forte di quanto consentono le prove: non abbiamo una dimostrazione scientifica dell’inizio assoluto, ma possediamo ragioni teoriche significative per mettere in discussione l’idea che l’espansione osservata possa essere prolungata indefinitamente nel passato senza ulteriori spiegazioni.

Conclusione — Un confine della fisica, una domanda sull’esistenza

Nel giro di un secolo la cosmologia ha cambiato radicalmente il nostro modo di pensare l’universo. Oggi sappiamo che il cosmo osservabile possiede una storia misurabile, attraversata da grandi trasformazioni. Le equazioni di Einstein, i risultati di Hawking e Penrose e il teorema BGV hanno mostrato che non è affatto ovvio prolungare indefinitamente nel passato le nostre descrizioni dell’espansione.

Eppure la scienza non ha ancora identificato in modo definitivo il primo evento di tutta la realtà fisica. I teoremi hanno ipotesi; i modelli quantistici sono incompleti o ancora privi di verifiche decisive; le cosmologie cicliche restano possibilità teoriche da sottoporre alle osservazioni.

Questo scenario non autorizza né la certezza che «la scienza ha dimostrato la creazione dal nulla», né la sicurezza opposta che l’universo sia sempre esistito senza alcuna spiegazione. Il significato filosofico dell’origine dipende anche da come valutiamo la relazione fra realtà fisica, leggi e causalità.

L’interpretazione favorevole al Disegno Intelligente proposta da Stephen Meyer individua qui un argomento positivo: la possibilità che l’esistenza dell’universo fisico rimandi a una causa o a un fondamento che non faccia parte della realtà da spiegare. Non è una conclusione osservativa obbligatoria. È una proposta di spiegazione che acquista significato insieme ad altre linee di ragionamento, che studieremo lungo il percorso.

Nel Modulo 4 — Le leggi della fisica e le costanti fondamentali passeremo così dalla storia del cosmo alle regole che descrivono il suo comportamento. Se la questione di questo modulo era «ha avuto un inizio?», la successiva sarà «perché le sue leggi hanno proprio questa forma?».

Bibliografia

Studi originali e revisioni

1. Stephen W. Hawking e Roger Penrose, «The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology», Proceedings of the Royal Society of London A, 314 (1519), 529–548 (1970). DOI: 10.1098/rspa.1970.0021. Fondamentale per l’incompletezza geodetica sotto ipotesi definite.
2. Arvind Borde, Alan H. Guth e Alexander Vilenkin, «Inflationary Spacetimes Are Incomplete in Past Directions», Physical Review Letters, 90, 151301 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.151301. Fonte primaria del teorema BGV.
3. James B. Hartle e Stephen W. Hawking, «Wave Function of the Universe», Physical Review D, 28, 2960–2975 (1983). DOI: 10.1103/PhysRevD.28.2960. Proposta di stato quantistico senza confine iniziale classico.
4. Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski e Parampreet Singh, «Quantum Nature of the Big Bang», Physical Review Letters, 96, 141301 (2006). DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.141301. Rimbalzo in un modello di cosmologia quantistica a loop.
5. Paul J. Steinhardt e Neil Turok, «A Cyclic Model of the Universe», Science, 296 (5572), 1436–1439 (2002). DOI: 10.1126/science.1070462. Proposta cosmologica ciclica.
6. Paul J. Steinhardt e Neil Turok, «Cosmic Evolution in a Cyclic Universe», Physical Review D, 65, 126003 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevD.65.126003. Sviluppo tecnico del modello ciclico.
7. Alexsandre L. Ferreira Jr., Nelson Pinto-Neto e Vanessa N. Xavier, «Bouncing Completion of Eternal Inflation», Physical Review D, 111, 123531 (2025). DOI: 10.1103/rl3f-v3p3. Studio teorico di estensioni con rimbalzo rispetto ai vincoli BGV.
8. Krzysztof A. Meissner e Roger Penrose, «The Physics of Conformal Cyclic Cosmology», arXiv 2503.24263 (2025), preprint. Proposta di cosmologia ciclica conforme; trattare come preprint, non come conferma osservativa.
9. William J. Wolf e Karim P. Y. Thébault, «Explanatory Depth in Primordial Cosmology: A Comparative Study of Inflationary and Bouncing Paradigms», The British Journal for the Philosophy of Science, 77 (2), 441–476 (2026). DOI: 10.1086/725096. Analisi epistemologica del confronto tra modelli.

Fonti istituzionali e approfondimenti verificabili

• NASA, «Hubble Big Bang»: sintesi istituzionale dell’evoluzione cosmica. Fonte divulgativa da distinguere dai lavori di ricerca originali.
• NASA / Jet Propulsion Laboratory, «Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus»: età cosmica e parametri del modello. Stime condizionate dal modello cosmologico.
• Stephen C. Meyer, «How Did the Universe Begin?», Discovery Institute, 20 dicembre 2021: esposizione divulgativa della sua interpretazione. Fonte dell’argomentazione pro-ID, non studio sperimentale.

Per approfondire

• Stephen C. Meyer, Return of the God Hypothesis: Three Scientific Discoveries That Reveal the Mind Behind the Universe, HarperOne, 2021. In particolare la discussione sulle singolarità, sul BGV e sulla cosmologia quantistica.
• Jean-Pierre Luminet, The Big Bang Revolutionaries: The Untold Story of Three Scientists Who Reenchanted Cosmology, Discovery Institute Press, 2024. Storia di Friedmann, Lemaître, Gamow e dei primi modelli di inizio e di ciclicità.
• Roger Penrose, The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics, Oxford University Press, 1989 (edizioni successive). Capitoli su cosmologia, singolarità e limiti della fisica classica.
• Geraint F. Lewis e Luke A. Barnes, A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos, Cambridge University Press, 2016. Cornice cosmologica e sviluppi successivi nel percorso.
• Luke A. Barnes e Geraint F. Lewis, The Cosmic Revolutionary’s Handbook (Or: How to Beat the Big Bang), Cambridge University Press, 2020. Metodo scientifico e spiegazioni della cosmologia moderna.
• Sabine Hossenfelder, Fisica esistenziale: La scienza risponde alle più grandi domande della vita, Apogeo, edizione italiana dell’opera del 2022. Utile per separare conclusioni fisiche e speculazioni sulla realtà.
• Chris Ferrie e Geraint F. Lewis, Where Did the Universe Come From? And Other Cosmic Questions, Sourcebooks, 2021. Illustrazione divulgativa delle difficoltà dell’origine cosmica.