Il sacerdote e il fisico: Lemaître, Einstein e l’universo che non doveva cominciare

Tre frasi che nessun critico ha inventato: le pronunciarono i protagonisti, e raccontano come la scienza reagì alla scoperta che l’universo ha avuto un inizio.

Tre frasi da leggere prima di tutto il resto

Nel 1927 Albert Einstein liquidò il modello cosmologico di un giovane fisico belga dicendo che gli sembrava ispirato al dogma cristiano della creazione, e del tutto ingiustificato dal punto di vista fisico.

Nel 1931 Arthur Eddington, il più autorevole astrofisico britannico dell’epoca, dichiarò che filosoficamente l’idea di un inizio dell’ordine attuale gli era ripugnante, e che avrebbe voluto trovare una vera e propria scappatoia.

Anni dopo Robert Dicke, fisico di Princeton, spiegò con serenità perché un universo infinitamente vecchio risultasse attraente per tanti colleghi: solleva gli scienziati dalla necessità di comprendere l’origine della materia in un momento finito del passato.

Nessuna di queste frasi è una ricostruzione ostile. Sono dichiarazioni firmate, pubbliche, riportate nella letteratura storica standard. E hanno tutte la stessa struttura: non contestano un calcolo, non contestano un dato, contestano una conclusione perché non piace.

Il fisico belga si chiamava Georges Lemaître, era un sacerdote cattolico, e aveva ragione lui. Ci vollero quasi quarant’anni perché la comunità scientifica lo ammettesse.

Questa è la storia di quei quarant’anni. Non la raccontiamo per prendercela con Einstein — che alla fine cambiò idea, e lo disse pubblicamente — ma perché è uno dei casi meglio documentati che esistano di una dinamica che tende a restare invisibile: le convinzioni filosofiche di partenza non sono un ornamento del lavoro scientifico, ne condizionano gli esiti. E ci riescono anche quando in campo ci sono le menti più brillanti del secolo.

Il problema in due minuti

Prima dei dettagli, conviene avere chiaro che cosa era in gioco. Il nocciolo è semplice e si può dire in poche righe.

Nel 1915 Einstein pubblica la relatività generale, la teoria che ancora oggi descrive la gravità. Quando la si applica all’universo intero, la teoria dice una cosa precisa: l’universo non può stare fermo. O si espande o si contrae.

Einstein non vuole questo risultato. Un universo che si espande, riavvolto all’indietro, diventa sempre più piccolo e sempre più denso, finché si arriva a un momento in cui comincia. E un universo che comincia richiede una spiegazione del perché sia cominciato — una domanda che Einstein considera fuori dalla fisica, e che porta dove non vuole andare.

Allora aggiunge alle proprie equazioni un termine nuovo, con un valore scelto su misura, che tiene fermo l’universo. Non lo fa di nascosto: dichiara apertamente che vuole un cosmo eterno e immutabile.

Nei dieci anni successivi, tre cose smontano quella costruzione. Un matematico russo dimostra che le equazioni ammettono universi dinamici. Alcuni astronomi americani scoprono che le galassie si stanno effettivamente allontanando. E un sacerdote belga mette insieme le due cose, capisce che è lo spazio stesso a dilatarsi, e ne trae la conclusione: c’è stato un principio.

A quel punto la matematica e i telescopi dicono la stessa cosa. La comunità scientifica, in larga parte, non la accetta. Ci vorranno la teoria dello stato stazionario — costruita apposta per evitare l’inizio — e infine una scoperta accidentale del 1965 per chiudere la questione.

Il resto dell’articolo riempie questo scheletro. Ma il punto è già tutto qui: per quasi quarant’anni l’ostacolo principale non furono i dati.

Che cosa dicevano davvero le equazioni

Serve un minimo di terreno tecnico, e lo riduciamo all’essenziale.

La gravità, nella descrizione di Newton che ha retto per due secoli, è una forza attrattiva: ogni corpo dotato di massa tira ogni altro corpo verso di sé, tanto più forte quanto più i corpi sono massicci e vicini. Newton stesso vide subito il problema che questo crea su scala cosmica: se la gravità tira soltanto verso l’interno, e nulla spinge verso l’esterno, un universo pieno di materia dovrebbe finire per collassare su se stesso.

La sua via d’uscita fu ipotizzare un universo infinito con la materia distribuita in modo perfettamente uniforme: ogni corpo tirato ugualmente in tutte le direzioni, forze che si annullano, equilibrio. Ma è un equilibrio fragilissimo. Basta una regione leggermente più densa delle altre perché l’attrazione locale prevalga, lo squilibrio si accentui e tutto cominci a raggrumarsi. In un universo eterno, uno squilibrio del genere si verifica con certezza pratica.

Nel 1915 Einstein sostituisce la descrizione di Newton con qualcosa di più profondo. La gravità non è una forza che agisce a distanza: è geometria. La massa e l’energia deformano lo spazio-tempo, e i corpi seguono semplicemente le traiettorie più dritte disponibili in quella geometria deformata. La Terra non orbita perché il Sole la tira con una fune invisibile, ma perché il Sole ha incurvato lo spazio in quella regione e l’orbita è il cammino più diretto che resta.

È una teoria controintuitiva che si è però rivelata straordinariamente solida. Spiegò subito un’anomalia dell’orbita di Mercurio che le equazioni newtoniane non riuscivano a rendere. Nel 1919 una spedizione guidata proprio da Eddington osservò durante un’eclissi che la luce delle stelle si incurva passando vicino al Sole, esattamente della quantità prevista. Decenni dopo, orologi atomici lanciati su razzi hanno confermato le previsioni fino alla quinta cifra decimale, e nel 2015 sono state osservate direttamente le onde gravitazionali che la teoria annunciava da un secolo.

Questo dettaglio conta più di quanto sembri. Significa che quando la relatività generale diceva qualcosa di scomodo sull’universo, non era una teoria che si potesse liquidare come speculazione. Era la migliore descrizione della gravità mai prodotta, e diceva che l’universo non poteva stare fermo.

Applicata al cosmo nel suo insieme, infatti, la teoria riproponeva il dilemma di Newton in forma più radicale. Non erano i corpi dentro lo spazio a dover collassare: era lo spazio stesso. Eppure l’universo osservato non è collassato. Qualcosa doveva impedirlo — oppure l’universo era in uno stato dinamico.

La manopola: come Einstein fermò l’universo

Nel febbraio 1917 Einstein presenta all’Accademia Prussiana delle Scienze il primo tentativo serio di applicare una teoria fisica rigorosa all’universo intero. È l’atto di nascita della cosmologia moderna, e contiene la mossa che ci interessa.

Per impedire il collasso, Einstein aggiunge alle equazioni un termine che chiama costante cosmologica, indicato con la lettera greca lambda: una forma di energia intrinseca allo spazio, con effetto repulsivo, che si oppone alla contrazione gravitazionale.

Fin qui nulla di irregolare — il termine emergeva in modo naturale nella derivazione delle equazioni. Il problema è il valore che gli assegna: un numero estremamente preciso, calibrato perché la spinta verso l’esterno bilanci esattamente l’attrazione di tutta la materia dell’universo. Risultato: equilibrio perfetto, universo statico.

Quel valore non deriva da nessuna misura, da nessuna osservazione, da nessun principio fisico. Fra gli infiniti numeri possibili, l’unica ragione per sceglierlo è che produce il risultato voluto.

C’è una seconda mossa, meno visibile e altrettanto decisiva. Nelle equazioni compaiono due grandezze che possono variare nel tempo: la densità di massa-energia dell’universo e il suo raggio di curvatura. Einstein pone a zero le loro derivate — stabilisce cioè per decreto che non cambino mai. Le equazioni le trattavano come variabili; lui le congela.

Le sue motivazioni non sono un’illazione: le dichiarò. Einstein era profondamente influenzato da Spinoza, per il quale l’universo è una totalità eterna e necessaria, e dal principio di Mach, secondo cui l’inerzia dipende dalla distribuzione complessiva della materia. In quel quadro un universo eterno non era una conclusione da verificare: era il punto di partenza.

Vale la pena fermarsi qui, perché è il cuore della vicenda. Non stiamo parlando di un errore di calcolo, né di un’ipotesi ragionevole poi smentita. Stiamo parlando del più grande fisico del secolo che introduce in una teoria un parametro privo di giustificazione empirica, gli assegna un valore su misura, e blocca due variabili, allo scopo di ottenere un risultato deciso in anticipo per ragioni metafisiche.

Non lo nascose mai. Ed è precisamente per questo che il caso è così istruttivo: il pregiudizio non opera nell’ombra e non richiede malafede. Opera alla luce del sole, in perfetta buona fede, in un uomo di prima grandezza.

Le prove che arrivavano dal cielo

Mentre a Berlino Einstein sistemava l’universo sulla carta, in America alcuni astronomi raccoglievano dati che avrebbero reso quella sistemazione insostenibile.

Il metodo si basa su due fenomeni che conviene conoscere, perché insieme funzionano come un tachimetro cosmico.

Il primo sono le righe spettrali. Ogni elemento chimico assorbe ed emette luce soltanto a lunghezze d’onda specifiche: l’idrogeno ha il suo insieme caratteristico, l’elio un altro, il calcio un altro ancora. Scomponendo la luce di una stella con un prisma si ottiene una sorta di codice a barre che rivela di quali elementi è fatta, anche a milioni di anni luce di distanza.

Il secondo è l’effetto Doppler, quello che tutti abbiamo sentito senza saperlo nominare: la sirena dell’ambulanza è più acuta quando si avvicina e più grave quando si allontana, perché il moto relativo comprime o dilata le onde che ci raggiungono. La luce si comporta allo stesso modo — una sorgente che si allontana appare spostata verso il rosso, una che si avvicina verso il blu.

Ecco la combinazione: le righe di un elemento stanno sempre nelle stesse posizioni, è una proprietà fisica dell’atomo. Se le riconosciamo nello spettro di una galassia lontana ma le troviamo traslate, sappiamo che quella galassia si muove rispetto a noi, e dall’entità dello spostamento ricaviamo la velocità.

Il primo a puntare sistematicamente questo strumento verso il cielo profondo fu Vesto Slipher, al Lowell Observatory in Arizona. Dal 1912 misurò gli spostamenti spettrali delle nebulose a spirale — oggetti allora enigmatici — e scoprì che quasi tutte si allontanavano, a velocità elevatissime. Aveva però metà del puzzle: sapeva quanto velocemente, non a quale distanza.

La metà mancante venne da Henrietta Leavitt, che all’Harvard College Observatory lavorava come «calcolatrice», una delle donne assunte per catalogare lastre fotografiche senza accesso ai telescopi. Leavitt scoprì che una classe di stelle pulsanti, le Cefeidi, obbedisce a una relazione matematica precisa tra il ritmo della pulsazione e la luminosità reale. Questo risolveva il problema centrale dell’astronomia: dal cielo riceviamo solo la luminosità apparente, e una stella può sembrare debole perché è poco luminosa o perché è lontana. Con le Cefeidi si ricava la luminosità reale, la si confronta con quella apparente, e si ottiene la distanza.

Edwin Hubble mise in opera lo strumento di Leavitt con il telescopio più potente del mondo, a Mount Wilson. Nel 1924 individuò una Cefeide nella nebulosa di Andromeda e ne calcolò una distanza tale da collocarla ben fuori dalla Via Lattea: non era una nube di gas della nostra galassia, era un’altra galassia. In un colpo solo il cosmo conosciuto si moltiplicò in modo vertiginoso.

Nel 1929 Hubble pubblicò il risultato che porta il suo nome: incrociando le distanze con le velocità di recessione, trovò una relazione lineare. Più una galassia è lontana, più rapidamente si allontana.

Il modo consueto di visualizzarlo è un palloncino con dei punti disegnati sopra: gonfiandolo ogni punto si allontana da tutti gli altri, e i più distanti si separano più in fretta. Nessun punto è il centro. L’immagine ha il limite di essere bidimensionale, e per questo alcuni preferiscono un panettone che lievita nel forno: i canditi sono distribuiti in tutto il volume, ciascuno vede gli altri allontanarsi, e da qualunque candito si guardi lo spettacolo è identico. È la ragione per cui il Big Bang non è avvenuto in un punto particolare dello spazio: è avvenuto ovunque, perché è lo spazio a essersi dilatato.

Un dettaglio che complica la narrazione consueta: Hubble stesso fu sempre prudentissimo. Parlava di «velocità apparenti» e lasciava ai teorici il compito di dire che cosa significassero. Secondo diversi storici è probabile che non abbia mai davvero creduto all’espansione, né afferrato la differenza tra galassie che si muovono attraverso lo spazio e spazio che si dilata portandosele dietro. Era un osservatore straordinario e un teorico riluttante.

Friedmann: la matematica si ribella

Nel 1922 il matematico russo Aleksandr Friedmann risolse le equazioni di campo facendo ciò che Einstein non aveva fatto: non congelò nulla. Lasciò che densità e raggio di curvatura potessero variare nel tempo, come le equazioni consentono naturalmente.

Ne uscì una famiglia di soluzioni che descrivono universi dinamici. E soprattutto ne uscì un’implicazione devastante: per quasi tutti i valori dei parametri l’universo risulta dinamico. L’universo statico non era una possibilità tra molte, era un caso limite sospeso su un equilibrio che richiedeva una calibrazione estrema di più grandezze contemporaneamente. Troppa materia e collassa, troppo poca e si disperde.

Friedmann non aveva confutato Einstein. Aveva fatto qualcosa di peggio: aveva mostrato quanto fosse improbabile ciò che Einstein voleva.

La reazione merita di essere raccontata perché è un piccolo classico. Einstein pubblicò una nota sostenendo che Friedmann avesse sbagliato i calcoli. Friedmann gli scrisse rispondendo punto per punto. Einstein rilesse, trovò l’errore — nei propri calcoli — e nel 1923 pubblicò una ritrattazione.

Comportamento esemplare. Se non fosse che di quella ritrattazione esiste una bozza non pubblicata, in cui Einstein aggiungeva un giudizio poi eliminato: le soluzioni di Friedmann, pur matematicamente corrette, non avevano alcun significato fisico reale.

Aveva concesso il punto tecnico e mantenuto intatta la posizione sostanziale. La matematica poteva dire quello che voleva.

Lemaître: il sacerdote che aveva ragione

Georges Lemaître era nato a Charleroi nel 1894. Aveva combattuto nella Prima guerra mondiale come artigliere, era stato ordinato sacerdote nel 1923, e aveva studiato astrofisica e relatività a Cambridge sotto Eddington e poi al MIT. Non fu un prete che si mise a fare scienza né uno scienziato che si fece prete: fu entrambe le cose fin dall’inizio, su binari che teneva deliberatamente distinti.

Nel 1927, senza conoscere il lavoro di Friedmann, ritrovò sostanzialmente le stesse soluzioni dinamiche. Ma fece due cose in più, e sono le due che contano.

Collegò la teoria ai dati. Friedmann aveva dimostrato che l’universo poteva cambiare dimensioni; Lemaître andò a cercare le prove che stesse cambiando. Prese le misure di Slipher sugli spostamenti verso il rosso, le combinò con le distanze ricavate da Hubble con le Cefeidi, e dall’incrocio ottenne la relazione lineare tra velocità e distanza, calcolandone il coefficiente. Era la legge di Hubble — formulata e quantificata due anni prima di Hubble. Passò inosservata per una ragione prosaica: era scritta in francese, sugli annali di una società scientifica belga di scarsa diffusione.

Capì che cosa si stava espandendo. È la differenza concettuale decisiva, e distingue Lemaître non solo da Friedmann ma anche da Hubble. Avendo integrato i dati dentro un modello relativistico, comprese che le galassie non stanno viaggiando attraverso uno spazio preesistente come schegge di un’esplosione: è lo spazio stesso a dilatarsi, portandosele dietro. E se lo spazio si dilata, in passato era più piccolo. Riavvolgendo abbastanza a lungo si arriva a un momento in cui la distanza tra galassie vicine è pari a zero.

Nel 1931, in una nota di meno di cinquecento parole su Nature, trasse la conclusione: l’universo è nato dal decadimento di un singolo quanto originario, che chiamò atomo primordiale. Con un’immagine che gli era cara, paragonò l’evoluzione del mondo a uno spettacolo pirotecnico appena finito, di cui restano qualche filamento rosso, cenere e fumo. Arriviamo troppo tardi per vedere lo splendore dell’origine: possiamo solo studiarne i resti.

«Abominevole»

Nell’ottobre 1927, alla quinta Conferenza Solvay di Bruxelles, Lemaître riuscì a parlare con Einstein. Gli espose il modello, gli mostrò i dati di Slipher e il modo in cui li aveva integrati nelle equazioni.

Einstein gli rispose che i suoi calcoli erano corretti, ma che la sua intuizione fisica era abominevole.

Fu in quell’occasione, secondo le ricostruzioni storiche, che Einstein venne a conoscenza per la prima volta delle prove osservative dello spostamento verso il rosso. Non le respinse perché le ignorava. Le ascoltò e le giudicò irrilevanti.

In altre occasioni fu più esplicito sul motivo del fastidio: l’ipotesi dell’atomo primordiale gli sembrava ispirata al dogma cristiano della creazione, e ingiustificata dal punto di vista fisico.

Vale la pena guardare da vicino la struttura di questa obiezione, perché è la stessa che si incontra ancora oggi in altri dibattiti.

Einstein non stava dicendo che i calcoli fossero sbagliati — aveva appena ammesso il contrario. Non stava dicendo che i dati fossero inaffidabili. Stava dicendo che la conclusione gli appariva teologicamente motivata, e che questo bastava a screditarla.

È, in forma pura, quella che i logici chiamano fallacia genetica: valutare un’affermazione in base all’origine o alle presunte motivazioni di chi la formula, anziché in base alle prove che la sostengono. Un’argomentazione vale per ciò che dice, non per chi la dice né per il perché.

La fallacia ha un’efficacia retorica particolare, e conviene capire da dove viene. Non richiede di entrare nel merito. Non richiede di controllare un calcolo o rifare una misura. Sposta la discussione dal contenuto alla persona, e lo fa con un’aria di smascheramento che sembra dispensare da ulteriori verifiche. È, in altre parole, un modo economico di non dover rispondere.

Lemaître replicò che l’evidenza era dalla sua parte. E per tutta la vita insistette su una distinzione che tornerà utile più avanti: il principio fisico dell’universo — oggetto della cosmologia, ipotetico e rivedibile — è cosa diversa dalla nozione metafisica di creazione. Non ha mai preteso che la seconda si deducesse dalla prima.

Anatomia di un pregiudizio

Se fosse stata l’idiosincrasia di un singolo, per quanto grande, sarebbe un aneddoto. Fu invece una reazione diffusa, e i protagonisti la motivarono apertamente. Vale la pena esaminare i due casi più espliciti, perché mostrano due meccanismi diversi.

Eddington: il disagio dichiarato

Il caso di Eddington è il più notevole, per una ragione precisa. Era stato il maestro di Lemaître a Cambridge. Aveva guidato nel 1919 la spedizione che confermò la relatività generale. E nel 1930 fu lui a dimostrare che l’universo statico di Einstein era instabile: l’equilibrio reggeva solo con una distribuzione perfettamente uniforme di massa ed energia, e qualunque minimo squilibrio lo avrebbe spinto verso l’espansione o il collasso. Una matita in equilibrio sulla punta: tecnicamente è un equilibrio, praticamente cade.

Nessuno più di lui aveva contribuito a stabilire i presupposti da cui discendeva la conclusione. E nessuno espresse con maggiore franchezza il proprio disagio davanti a quella conclusione.

Nel 1931 dichiarò che filosoficamente l’idea di un inizio dell’ordine attuale gli ripugnava, e che avrebbe voluto trovare una scappatoia. In altre occasioni disse semplicemente di non credere che l’ordine presente delle cose fosse cominciato con un botto, e che l’universo in espansione gli sembrava assurdo.

Sono dichiarazioni di rara onestà, e per questo preziose. Eddington non pretendeva di avere argomenti fisici contro il modello. Diceva apertamente che l’idea gli spiaceva e che sperava qualcuno trovasse un modo di evitarla. Il pregiudizio, qui, è cosciente e dichiarato: il che paradossalmente lo rende la forma meno pericolosa, perché è visibile e discutibile.

Dicke: il pregiudizio come comodità

La spiegazione più lucida del perché tanti scienziati provassero quel disagio venne anni dopo da Robert Dicke, fisico di Princeton — che peraltro avrà un ruolo nella conferma finale del modello.

Dicke osservò che un universo infinitamente vecchio solleva gli scienziati dalla necessità di comprendere l’origine della materia in un momento finito del passato. Non è una critica morale: è la descrizione di una comodità esplicativa. Se l’universo c’è sempre stato, non c’è nulla da spiegare.

Un universo di età finita, al contrario, impone domande scomode. Che cosa c’era prima? Da dove viene la materia? Che cosa ha causato l’inizio? E soprattutto: una causa che precede la materia, lo spazio, il tempo e l’energia non può essere a sua volta materiale, spaziale, temporale o energetica.

Questo è il meccanismo più insidioso dei due, perché non si presenta come un’obiezione. Si presenta come un senso di plausibilità. Una teoria che chiude le domande sembra più scientifica di una che le apre, anche quando è meno sostenuta dai dati. Ed è esattamente ciò che accadde.

La resa di Einstein

Il cielo, intanto, aveva cominciato a rispondere.

La versione popolare vuole che Einstein cambiasse idea nel 1931 guardando attraverso il telescopio di Mount Wilson — esiste una celebre fotografia di quella visita, lui all’oculare, Hubble sullo sfondo con la pipa. La ricostruzione storica è meno cinematografica: aveva probabilmente accettato l’espansione più di un anno prima, attraverso passaggi successivi.

Il primo fu la conversazione con Lemaître a Solvay nel 1927, che gli fece conoscere le prove del redshift. Il secondo, decisivo, avvenne nel 1930 a Cambridge, in visita da Eddington, che gli espose la propria dimostrazione dell’instabilità dell’universo statico.

Si noti che è il problema di Newton, ricomparso per la terza volta. Newton lo aveva incontrato con la gravitazione classica, Friedmann lo aveva mostrato nelle equazioni relativistiche, Eddington lo dimostrò in modo definitivo. L’universo statico non era mai stato una possibilità realistica.

Einstein si arrese. Il 3 gennaio 1931 dichiarò al New York Times che le nuove osservazioni rendevano probabile che la struttura generale dell’universo non fosse statica. Il 12 febbraio usò un’immagine più drastica: il redshift delle nebulose lontane aveva distrutto la sua vecchia costruzione come un colpo di martello. Rimosse la costante cosmologica dalle equazioni.

Si racconta che l’abbia definita il più grande abbaglio della sua vita. La frase è diventata proverbiale, e l’onestà impone di segnalare che la sua autenticità è discussa: risale a George Gamow, Einstein non la scrisse mai di proprio pugno, e alcuni studiosi hanno sospettato un abbellimento. Una ricerca sistematica dello storico della fisica Cormac O’Raifeartaigh ha però concluso che l’attribuzione è probabilmente corretta — testimonianze analoghe arrivano indipendentemente da altri due fisici, ed è coerente con ciò che Einstein scrisse negli anni successivi. La formula esatta resta incerta; la sostanza no.

Vale la pena riconoscerglielo. Einstein cambiò idea pubblicamente, e in tempi relativamente rapidi una volta che i conti di Eddington gli furono chiari. È esattamente ciò che deve fare uno scienziato. Il punto di questa storia non è che avesse un pregiudizio: è che il pregiudizio gli era costato tredici anni e una teoria sbagliata, pur essendo lui in perfetta buona fede e uno dei più grandi di sempre.

Lo stato stazionario: una teoria costruita per evitare una conclusione

Nel 1948 tre scienziati britannici — Fred Hoyle, Hermann Bondi e Thomas Gold — proposero un’alternativa che accettava l’espansione ma negava l’inizio.

Il meccanismo era ingegnoso. Se l’universo si espande, la materia si dirada e la densità diminuisce. Ma se nuova materia venisse creata continuamente negli spazi che si aprono tra le galassie, la densità resterebbe costante: l’universo si espanderebbe restando sempre uguale a se stesso. Nessun inizio, nessuna fine. Per farlo funzionare, Hoyle introdusse un «campo di creazione» che generava atomi di idrogeno dal nulla, a un ritmo talmente basso da risultare in pratica inosservabile.

Fu subito notato che quel campo era un’ipotesi ad hoc: postulata senza alcuna evidenza indipendente, al solo scopo di ottenere il risultato voluto.

Qui però va riconosciuto un punto a Hoyle, e va riconosciuto per onestà. Il campo di creazione continua non era più ad hoc della costante cosmologica di Einstein. Entrambi erano parametri introdotti senza giustificazione empirica, con valori scelti per produrre il tipo di universo che l’autore riteneva plausibile. La differenza non stava nel metodo, ma nel fatto che uno dei due venne poi smentito dai dati.

C’è anche un’ironia storica che merita un cenno. L’idea di una creazione continua della materia, che negli anni Cinquanta divenne la bandiera di una cosmologia esplicitamente non teistica, era stata considerata da alcuni teologi di una generazione precedente più compatibile con la dottrina della conservazione divina del mondo di quanto non lo fosse un’unica creazione esplosiva. Le simpatie metafisiche attribuite a una teoria dipendono dal contesto polemico del momento più di quanto si sia disposti ad ammettere.

Un’ultima nota, doverosa. Si legge quasi ovunque che fu Hoyle a coniare il termine «Big Bang» per deridere l’idea, in una trasmissione radiofonica della BBC del 1949. Il fatto che l’espressione sia sua è certo. Che fosse uno sberleffo è invece contestato: lo storico della scienza Helge Kragh, che ne ha ricostruito l’etimologia, sostiene che Hoyle cercasse semplicemente un’immagine vivida per un pubblico radiofonico, e Hoyle stesso negò più volte l’intenzione derisoria. Lo segnaliamo perché la versione più colorita servirebbe meglio l’argomentazione, e proprio per questo va verificata.

1965: il cielo chiude la questione

Il dibattito si trascinò per quasi vent’anni, e non fu deciso da argomenti filosofici. Fu deciso dai dati — e questo, come vedremo, è il punto più importante di tutta la storia.

Le prime crepe furono indirette. Il modello del Big Bang prevedeva che nei primi minuti dell’universo caldo e denso si fossero formati per fusione nucleare gli elementi leggeri in proporzioni calcolabili: le abbondanze osservate corrispondevano. Le osservazioni radioastronomiche mostrarono poi che le popolazioni di galassie cambiano con la distanza — e poiché osservare lontano significa osservare il passato, questo significa che l’universo evolve, contro il principio su cui poggiava lo stato stazionario.

Il colpo definitivo arrivò per caso. Arno Penzias e Robert Wilson, radioastronomi dei Bell Laboratories, non riuscivano a eliminare un rumore di fondo persistente dalla loro antenna. Arrivava con uguale intensità da ogni direzione, a qualunque ora e in qualunque stagione. Controllarono ogni componente e arrivarono a ripulire l’antenna dagli escrementi dei piccioni che vi nidificavano. Il rumore restava.

A pochi chilometri di distanza, il gruppo di Robert Dicke a Princeton stava progettando un esperimento per cercare esattamente quel segnale: se l’universo era stato caldo e denso, la radiazione di quell’epoca doveva essere ancora presente, raffreddata dall’espansione fino a poche unità sopra lo zero assoluto.

Penzias e Wilson avevano trovato senza cercarla la radiazione cosmica di fondo: l’eco termica del Big Bang, emessa circa 380.000 anni dopo l’inizio, quando l’universo si raffreddò abbastanza da lasciar viaggiare la luce.

Era una previsione specifica del modello, che il modello concorrente non faceva e non poteva fare. Lo stato stazionario non si riprese.

Lemaître morì nel giugno 1966. Secondo le testimonianze, apprese della scoperta pochi giorni prima della fine.

Il controtest: Lemaître e Pio XII

Ci sarebbe la tentazione di chiudere qui, con il sacerdote che aveva ragione e i critici confutati dai fatti. Sarebbe soddisfacente e incompleto — e ometterebbe l’episodio che rende l’intera vicenda più solida, non più debole.

Il 22 novembre 1951 Pio XII tenne un discorso alla Pontificia Accademia delle Scienze in cui affermò che la scienza contemporanea, risalendo di milioni di secoli, sembrava essere riuscita a rendere testimonianza del Fiat lux primordiale. Suggeriva, con notevole entusiasmo, un’analogia tra la cosmologia del Big Bang e il racconto biblico della creazione.

Lemaître era presente in sala. E fu profondamente turbato.

Le sue ragioni erano due. La prima, scientifica: nel 1951 l’atomo primordiale non era ancora confermato dalle osservazioni — la radiazione di fondo sarebbe arrivata quattordici anni dopo — e legare una dottrina religiosa alle sorti di un modello non consolidato significava esporla a cadere insieme a esso. La seconda, epistemologica: il principio fisico dell’universo e la creazione in senso metafisico appartengono a piani distinti. La cosmologia descrive uno stato iniziale osservabile; la creazione, nel senso della metafisica, riguarda la dipendenza dell’essere, non un evento datato. Confondere i piani danneggia entrambi.

Lemaître si mosse. Attraverso padre Daniel O’Connell, direttore della Specola Vaticana, e monsignor Angelo Dell’Acqua della Segreteria di Stato, ottenne un colloquio riservato. Nel discorso successivo, tenuto il 7 settembre 1952 davanti all’Unione Astronomica Internazionale, Pio XII elogiò i progressi dell’astrofisica evitando le identificazioni precedenti.

Ecco perché questo episodio conta. Il sacerdote che Einstein aveva accusato di essere motivato dal dogma cristiano fu la stessa persona che impedì alla propria Chiesa di arruolare la sua teoria a sostegno della fede.

È il controtest dell’accusa di Einstein, e la smentisce nel modo più netto possibile: non con una dichiarazione di neutralità, ma con un comportamento verificabile che andava contro il proprio presunto interesse.

Che cosa insegna questa storia

Riassumiamo i fatti accertati, perché è su quelli che si ragiona.

Le equazioni della relatività generale implicavano fin dal 1915 un universo dinamico. Il loro autore lo impedì aggiungendo un parametro privo di giustificazione fisica, con un valore scelto su misura, motivato per sua stessa ammissione da una preferenza filosofica. Quando la matematica di Friedmann e Lemaître e i dati di Slipher e Hubble mostrarono che quella preferenza era insostenibile, la reazione di gran parte della comunità non fu l’entusiasmo per una scoperta ma la resistenza. Il maggiore astrofisico britannico dichiarò che l’idea gli ripugnava filosoficamente. Uno dei fisici più autorevoli della generazione successiva spiegò che un universo eterno era attraente perché sollevava dall’obbligo di spiegare l’origine della materia. Fu costruita una teoria alternativa che postulava creazione continua di materia dal nulla, priva di supporto osservativo indipendente, allo scopo dichiarato di evitare un inizio.

E l’obiezione principale al modello vincente non fu che i calcoli fossero errati o i dati inaffidabili, ma che il suo autore fosse un prete.

Quattro considerazioni, in ordine di solidità.

La prima. I presupposti metafisici precedono l’indagine e ne condizionano gli esiti. Non è un’accusa, è una descrizione. Nessuno degli scienziati coinvolti fu disonesto: erano uomini di prima grandezza che dichiaravano apertamente le proprie preferenze e che alla fine si arresero ai dati. Ma quelle preferenze ritardarono di decenni l’accettazione di una conclusione che le equazioni contenevano fin dall’inizio. Chi ritiene che la scienza operi in uno spazio neutro, immune da assunzioni filosofiche di partenza, deve fare i conti con questo caso.

La seconda. La fallacia genetica non diventa valida perché a impiegarla è Einstein. Attribuire una motivazione religiosa a chi propone una tesi non dice nulla sulla verità della tesi. E questo vale simmetricamente: sarebbe un errore identico squalificare una tesi perché il suo autore è ateo o materialista. Le motivazioni di chi parla sono irrilevanti rispetto alla forza degli argomenti — in entrambe le direzioni.

La terza. Le ipotesi ad hoc sono state utilizzate liberamente da entrambe le parti in questa vicenda, e da nessuno considerate squalificanti finché il modello sottostante appariva plausibile. Vale la pena tenerlo presente quando l’accusa di essere ad hoc viene usata oggi, in altri dibattiti, come argomento definitivo contro una sola delle posizioni in campo.

La quarta, ed è una limitazione da enunciare con la stessa chiarezza delle altre tre. Questa storia si è chiusa come si è chiusa perché il modello del Big Bang ha prodotto una previsione specifica, rischiosa e verificabile — la radiazione cosmica di fondo — poi confermata dall’osservazione. È stato quello, non la forza dialettica degli argomenti, a decidere. Chi vuole usare questa vicenda come precedente per altre controversie sulle origini deve riconoscere che il precedente riguarda anzitutto il modo in cui una questione viene decisa: con previsioni empiriche verificabili. Il parallelo tiene sul piano della sociologia del pregiudizio e della struttura logica delle obiezioni; non equivale, di per sé, a una conferma di tesi alternative in altri campi.

Quello che questa storia stabilisce in modo difficilmente contestabile è più circoscritto, e già abbastanza. Che un’ipotesi sull’origine dell’universo sia stata liquidata perché «odorava di creazione» non è una ricostruzione polemica: è documentato dalle parole di chi la liquidò. E chi la liquidò aveva torto.

Resta una domanda, che vale la pena porre senza presumere la risposta. Quante volte, nella scienza contemporanea delle origini, la stessa forma di obiezione viene ancora impiegata come se fosse un argomento? E quante volte, invece, è soltanto il modo in cui una comunità dichiara ciò che preferirebbe non fosse vero?

Per approfondire

• Origine dell’universo, BGV, Big Bang — le evidenze contemporanee di un inizio, il teorema di Borde-Guth-Vilenkin e le cosmologie eterne proposte per aggirarlo
• La costante cosmologica e l’energia oscura, il numero più preciso dell’universo — che cosa è successo a lambda dopo Einstein, e perché è tornata
• Le condizioni iniziali del Big Bang: entropia, piattezza e il calcolo di Penrose
• Il multiverso e il principio antropico: risposte naturalistiche al fine-tuning
• Il nulla prima dell’universo
• Perché il Disegno Intelligente non è una questione religiosa
• Disegno Intelligente: risposta alle critiche più diffuse

Riferimenti

Libri

• Amaldi, U. (2012). L’Amaldi per i licei scientifici.blu — Fisica, voll. 1–3. Zanichelli.
• Ferrie, C., Lewis, G. F. (2021). Where Did the Universe Come From? And Other Cosmic Questions. Sourcebooks.
• Hawking, S. (1988). Dal Big Bang ai buchi neri. Breve storia del tempo. Rizzoli.
• Kragh, H. (1996). Cosmology and Controversy: The Historical Development of Two Theories of the Universe. Princeton University Press.
• Lambert, D. (2015). The Atom of the Universe: The Life and Work of Georges Lemaître. Copernicus Center Press.
• Livio, M. (2013). Brilliant Blunders: From Darwin to Einstein. Simon & Schuster.
• Meyer, S. C. (2021). Return of the God Hypothesis: Three Scientific Discoveries That Reveal the Mind Behind the Universe. HarperOne.
• Singh, S. (2004). Big Bang: The Origin of the Universe. Fourth Estate.

Articoli scientifici e storici

• Einstein, A. (1917). “Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie.” Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften, 142–152.
• Einstein, A. (1923). “Notiz zu der Arbeit von A. Friedmann ‘Über die Krümmung des Raumes’.” Zeitschrift für Physik, 16, 228.
• Friedmann, A. (1922). “Über die Krümmung des Raumes.” Zeitschrift für Physik, 10(1), 377–386. DOI: 10.1007/BF01332580
• Hubble, E. (1929). “A Relation Between Distance and Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae.” Proceedings of the National Academy of Sciences, 15(3), 168–173. DOI: 10.1073/pnas.15.3.168
• Kragh, H. (2013). “Big Bang: the etymology of a name.” Astronomy & Geophysics, 54(2), 2.28–2.30. DOI: 10.1093/astrogeo/att035
• Leavitt, H. S., Pickering, E. C. (1912). “Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud.” Harvard College Observatory Circular, 173, 1–3.
• Lemaître, G. (1927). “Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques.” Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, A47, 49–59.
• Lemaître, G. (1931). “The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory.” Nature, 127, 706. DOI: 10.1038/127706b0
• Livio, M. (2011). “Lost in translation: Mystery of the missing text solved.” Nature, 479, 171–173. DOI: 10.1038/479171a
• Luminet, J.-P. (2015). “Lemaître’s Big Bang.” Conferenza, Frontiers of Fundamental Physics 14, Aix-Marseille Université. arXiv:1503.08304
• Nussbaumer, H. (2014). “Einstein’s conversion from his static to an expanding universe.” The European Physical Journal H, 39, 37–62. DOI: 10.1140/epjh/e2013-40037-6
• O’Raifeartaigh, C., Mitton, S. (2018). “Interrogating the Legend of Einstein’s ‘Biggest Blunder’.” Physics in Perspective, 20, 318–341. DOI: 10.1007/s00016-018-0228-9
• Penzias, A. A., Wilson, R. W. (1965). “A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s.” The Astrophysical Journal, 142, 419–421. DOI: 10.1086/148307
• Dicke, R. H., Peebles, P. J. E., Roll, P. G., Wilkinson, D. T. (1965). “Cosmic Black-Body Radiation.” The Astrophysical Journal, 142, 414–419. DOI: 10.1086/148306
• Vessot, R. F. C. et al. (1980). “Test of Relativistic Gravitation with a Space-Borne Hydrogen Maser.” Physical Review Letters, 45(26), 2081–2084. DOI: 10.1103/PhysRevLett.45.2081

Articoli web

• Kragh, H. (2024). “How did the Big Bang get its name? Here’s the real story.” Nature. URL: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00894-z
• O’Raifeartaigh, C. (2018). “Investigating the legend of Einstein’s ‘biggest blunder’.” Physics Today. URL: https://pubs.aip.org/physicstoday/Online/30082/
• “Efforts to Resist the Big Bang and Its Implications for Cosmic Design.” Evolution News & Science Today. URL: https://evolutionnews.org/2022/03/efforts-to-resist-the-big-bang-and-its-implications-for-cosmic-design/
• “Pius XII — Lemaître: cosmologia e creazione.” Interdisciplinary Encyclopedia of Religion and Science. URL: https://inters.org/pius-xii-lemaitre