Per capire le origini della nostra esistenza, dobbiamo andarle a cercare nello spazio cosmico. Per capire a fondo lo spazio cosmico, come si sviluppino nuove galassie, stelle e pianeti, e come tali oggetti interagiscano tra loro, dobbiamo usare le simulazioni: universi in miniatura contenuti nei computer….
Così Andrew Pontzen, professore di cosmologia allo University College of London, introduce la necessità di simulare l’Universo al computer, all’interno del suo saggio divulgativo “L’Universo in una scatola. Una nuova storia del cosmo” edito da Adelphi.
In questo testo, il prof. Pontzen intende raccontare la storia delle simulazioni: fin dall’inizio, ovvero dal come si è arrivati a pensare che esse possano essere utili per comprendere, analizzare e soprattutto prevedere molti dei fenomeni fisici che ci circondano. Per poi passare a spiegare ai lettori come le simulazioni stiano esplorando la frontiera delle conoscenze attuali, fornendo da strumento per l’umanità per continuare a mettere in discussione anche le idee più rivoluzionarie e poter spiegare la storia di un cosmo tanto affascinante, quanto enormemente vasto e misterioso.
Un mondo di simulazioni
Una simulazione è un processo computazionale che riproduce il comportamento di un sistema reale attraverso modelli matematici o algoritmi. In astronomia e cosmologia, le simulazioni sono fondamentali per comprendere fenomeni astronomici complessi, per analizzare l’evoluzione delle stelle e delle galassie. E soprattutto, per testare le teorie che descrivono l’Universo.
Pontzen, che con le simulazioni ci lavora tutti i giorni, ne parla come di strumenti utilizzabili per studiare una vasta gamma di fenomeni, a partire dalle previsioni metereologiche, fino a spingersi alle frontiere dell’Universo, passando per la formazione e l’evoluzione delle galassie, la dinamica dei sistemi planetari, il comportamento dei buchi neri.
Queste simulazioni, oggi, vengono eseguite utilizzando supercomputer potenti che possono calcolare le interazioni tra milioni o addirittura miliardi di particelle, ma un tempo erano calcoli (molto complessi) fatti a mano. Ed è ripercorrendo la storia della loro evoluzione che l’autore permette al lettore di riconoscere quanta strada è stata percorsa, quanto oggi i computer stiano aiutando a testare le grandi teorie scientifiche, a confrontare i risultati osservativi con le previsioni teoriche.
Una storia troppo difficile
La storia del cosmo, però, non è così semplice da simulare. Innanzitutto, scrive Pontzen, “Il comportamento dell’Universo è determinato da una successione di eventi concatenati, in un effetto domino che dura da quasi 13.8 miliardi di anni. […] Ma che cosa è successo all’inizio? Che cosa ha ribaltato la prima tessera del domino? Quando si costruisce una simulazione non si può evitare di inserire ipotesi informate su ciò che ha innescato il tutto”.
E non sono solo gli aspetti controversi (per i quali ancora non abbiamo una spiegazione) dell’alba del cosmo a darci problemi, ma anche le caratteristiche attuali che non ci sono ancora quasi sconosciute. Gli esempi più importanti, e a cui Pontzen dedica un’intero capitolo, sono materia oscura ed energia oscura. Due variabili che in realtà proprio variabili non sono, e che vanno considerate nel momento in cui si intende riprodurre l’Universo in una scatola.
Insieme a esse interviene un altro, grande problema (tra gli altri): quello della non-conciliazione tra la meccanica quantistica e la teoria della gravità, e di una Teoria del Tutto che ancora ci sfugge.
All’Universo piace cambiare, ma non ci diamo per vinti
“L’Universo in una scatola” è un saggio non alla portata di tutti. Anche se tutte le teorie prese in considerazione dall’autore vengono spiegate e contestualizzate, anche se vengono fatti molti esempi per far visualizzare più facilmente al lettore ciò di cui si sta parlando, il target di questa lettura è un pubblico che l’astrofisica e la cosmologia già almeno un po’ le mastica, o che ha già letto altri saggi divulgativi di questo tono e su questi argomenti.
Per queste persone però, il libro affascina e tiene incollati alle pagine come pochi altri libri divulgativi che trattano questi temi, talvolta molto ostici. Riesce a far comprendere quanto sia difficile costruire una simulazione veritiera, realistica e il meno possibile approssimata del nostro Universo o anche solo di alcune sue caratteristiche. E al tempo stesso elogia (giustamente) le grandi menti che hanno permesso a noi oggi di parlare di simulazioni come di qualcosa di uso comune.
Rimarca, senza mai dirlo direttamente, quanto l’Universo sia dinamico, in continua evoluzione, spesso incomprensibile per noi, e quanto fin dall’inizio lui dipenda da un numero enorme di parametri, e da un altrettanto grande numero di possibili risultati. Dobbiamo superare la molteplicità delle diverse possibilità, per sperare di rintracciare la nostra storia.
Una volta dissipate queste difficoltà, viaggeremo all’indietro nel tempo fino ai primissimi istanti di vita dell’universo, per vedere come è emerso dalla schiuma quantistica, capirne le implicazioni sulle simulazioni cosmiche e comprendere perché le nostre vite così ben definite siano in realtà una delle facce della casualità quantistica.
Forse ci riusciremo, forse no, afferma Andrew Pontzen. Quello che è certo è che non smetteremo di provarci.
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L'Universo in una scatola
