In "Calcolo del cosmo", Ian Stewart presenta una guida esilarante al cosmo, dal nostro sistema solare all'intero universo. A partire dall'integrazione babilonese della matematica nello studio dell'astronomia e della cosmologia, Stewart traccia l'evoluzione della nostra comprensione del cosmo: come le leggi del moto planetario di Keplero hanno portato Newton a formulare la sua teoria della gravità. Come, due secoli dopo, piccole irregolarità nel movimento di Marte hanno ispirato Einstein a escogitare la sua teoria generale della relatività. Come, ottant'anni fa, la scoperta che l'universo si sta espandendo ha portato allo sviluppo della teoria del Big Bang delle sue origini. Come l'origine e l'espansione a punto singolo hanno portato i cosmologi a teorizzare i nuovi componenti dell'universo, come l'inflazione, la materia oscura e l'energia oscura. Ma l'inflazione spiega la struttura dell'universo di oggi? La materia oscura esiste davvero? Potrebbe essere in arrivo una rivoluzione scientifica che sfiderà l'ortodossia scientifica di lunga data e trasformerà ancora una volta la nostra comprensione dell'universo? Di seguito è riportato un estratto di "Calcolo del cosmo: come la matematica svela l'universo" (Libri di base, 2016).
Questi progressi nell'esplorazione e nell'uso dello spazio dipendono non solo da una tecnologia intelligente, ma anche da una lunga serie di scoperte scientifiche che risalgono almeno all'antica Babilonia tre millenni fa. La matematica è al centro di questi progressi. Anche l'ingegneria è ovviamente vitale, e le scoperte in molte altre discipline scientifiche erano necessarie prima che potessimo realizzare i materiali necessari e assemblarli in una sonda spaziale di lavoro, ma mi concentrerò su come la matematica ha migliorato la nostra conoscenza dell'universo.
La storia dell'esplorazione dello spazio e la storia della matematica sono andate di pari passo sin dai tempi più remoti. La matematica si è dimostrata essenziale per comprendere il Sole, la Luna, i pianeti, le stelle e la vasta panoplia di oggetti associati che insieme formano il cosmo - l'universo considerato su larga scala. Per migliaia di anni, la matematica è stata il nostro metodo più efficace per comprendere, registrare e prevedere eventi cosmici. In effetti in alcune culture, come l'antica India intorno al 500, la matematica era un sotto-ramo dell'astronomia. Al contrario, i fenomeni astronomici hanno influenzato lo sviluppo della matematica per oltre tre millenni, ispirando ogni cosa dalle previsioni babilonesi delle eclissi al calcolo, al caos e alla curvatura dello spaziotempo.
Inizialmente, il principale ruolo astronomico della matematica era quello di registrare osservazioni ed eseguire utili calcoli su fenomeni come eclissi solari, dove la Luna oscura temporaneamente il Sole, o eclissi lunari, dove l'ombra della Terra oscura la Luna. Pensando alla geometria del sistema solare, i pionieri astronomici si sono resi conto che la Terra gira intorno al Sole, anche se si guarda al contrario da queste parti. Gli antichi inoltre combinavano le osservazioni con la geometria per stimare la dimensione della Terra e le distanze dalla Luna e dal Sole.
Intorno al 1600 iniziarono a emergere schemi astronomici più profondi, quando Johannes Kepler scoprì tre regolarità matematiche - le "leggi" - nelle orbite dei pianeti. Nel 1679 Isaac Newton reinterpretò le leggi di Keplero per formulare una teoria ambiziosa che descriveva non solo come si muovono i pianeti del sistema solare, ma il movimento di qualunque sistema di corpi celesti. Questa era la sua teoria della gravità, una delle scoperte centrali nel suo cambiamento del mondo Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principi matematici della filosofia naturale). La legge di gravità di Newton descrive come ogni corpo nell'universo attrae ogni altro corpo.
Combinando la gravità con altre leggi matematiche sul moto dei corpi, introdotte da Galileo un secolo prima, Newton spiegò e predisse numerosi fenomeni celesti. Più in generale, ha cambiato il modo in cui pensiamo al mondo naturale, creando una rivoluzione scientifica che sta ancora alimentando oggi. Newton ha dimostrato che i fenomeni naturali sono (spesso) governati da schemi matematici e, comprendendo questi schemi, possiamo migliorare la nostra comprensione della natura. Nell'era di Newton le leggi matematiche spiegavano cosa stava succedendo nei cieli, ma non avevano usi pratici significativi, tranne che per la navigazione.
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Tutto è cambiato quando l'URSS Sputnik il satellite entrò nell'orbita terrestre bassa nel 1957, sparando con la pistola di partenza per la corsa allo spazio. Se guardi il calcio alla televisione satellitare - o opera o commedie o documentari scientifici - stai raccogliendo un vantaggio reale dalle intuizioni di Newton.
Inizialmente, i suoi successi portarono a una visione del cosmo come un universo a orologeria, in cui tutto segue maestosamente i percorsi tracciati all'alba della creazione. Ad esempio, si credeva che il sistema solare fosse stato creato praticamente allo stato attuale, con gli stessi pianeti che si muovevano lungo le stesse orbite quasi circolari. Certo, tutto tremava un po '; i progressi del periodo nelle osservazioni astronomiche l'avevano chiarito abbondantemente. Ma c'era una diffusa convinzione che nulla fosse cambiato, cambiato o che sarebbe cambiato in modo drammatico in innumerevoli eoni. Nella religione europea era impensabile che la creazione perfetta di Dio avrebbe potuto essere diversa in passato. La visione meccanicistica di un cosmo regolare e prevedibile persistette per trecento anni.
Non più. Le recenti innovazioni in matematica, come la teoria del caos, accoppiate ai potenti computer di oggi, in grado di sgretolare i numeri rilevanti con una velocità senza precedenti, hanno notevolmente cambiato la nostra visione del cosmo. Il modello di orologio del sistema solare rimane valido per brevi periodi di tempo e in astronomia un milione di anni è generalmente breve. Ma il nostro cortile cosmico viene ora rivelato come un luogo in cui i mondi hanno fatto e voleranno migrare da un'orbita all'altra. Sì, ci sono periodi molto lunghi di comportamento regolare, ma di volta in volta sono punteggiati da esplosioni di attività selvaggia. Le leggi immutabili che hanno dato origine alla nozione di un universo a orologeria possono anche causare improvvisi cambiamenti e comportamenti altamente irregolari.
Gli scenari che ora gli astronomi prevedono sono spesso drammatici. Durante la formazione del sistema solare, ad esempio, interi mondi si scontrarono con conseguenze apocalittiche. Un giorno, in un lontano futuro, probabilmente lo faranno di nuovo: c'è una piccola possibilità che sia condannato Mercurio o Venere, ma non sappiamo quale. Potrebbe essere entrambi, e potrebbero portarci con loro. Una di queste collisioni probabilmente ha portato alla formazione della Luna. Sembra qualcosa di fantascientifico, ed è ... ma il miglior tipo, fantascientifico "duro" in cui solo la fantastica nuova invenzione va oltre la scienza conosciuta. Solo che qui non esiste un'invenzione fantastica, solo una scoperta matematica inaspettata.
La matematica ha informato la nostra comprensione del cosmo su ogni scala: l'origine e il movimento della Luna, i movimenti e la forma dei pianeti e delle loro lune compagne, la complessità degli asteroidi, delle comete e degli oggetti della cintura di Kuiper, e la ponderosa danza celeste di l'intero sistema solare. Ci ha insegnato come le interazioni con Giove possono lanciare asteroidi verso Marte e quindi la Terra; perché Saturno non è il solo a possedere anelli; come si sono formati i suoi anelli all'inizio e perché si comportano come loro, con trecce, increspature e strani "raggi" rotanti. Ci ha mostrato come gli anelli di un pianeta possano sputare lune, uno alla volta.
L'orologeria ha lasciato il posto ai fuochi d'artificio.
Estratto da "Calcolo del cosmo: come la matematica svela l'universo" di Ian Stewart. Copyright © 2016. Disponibile da Basic Books, una stampa di Perseus Books, LLC, una filiale di Hachette Book Group, Inc. Tutti i diritti riservati.
