Quando gli uomini antichi guardavano il cielo stellato ne restavano stupiti. Anche noi. Tutte le generazioni di esseri pensanti sono state pervase da un anelito e un sentimento ben espresso da Emmanuel Kant che diceva: “Due cose riempiono l’animo di ammirazione e venerazione sempre nuove e crescenti quanto più spesso e a lungo la riflessione si occupa di esse: il cielo stellato sopra di me e la legge morale in me.”
Oggi la scienza ci dà una risposta sperimentale e non speculativa sulle origini del cielo stellato sopra di noi. Da quando è stato scoperto il bosone di Higgs molti processi di come e perché è nato l’Universo sono venuti alla luce, confermando ancora una volta la teoria del Big Bang. Il campo di Higgs è l’elemento che nei primi istanti di vita dell’universo ha dato massa alle particelle elementari. Questo è avvenuto a un millesimo di miliardesimo (10-12) di secondo dopo il Big Bang. Però la teoria del Big Bang non spiegava cosa c’era prima di tale istante e come in un puntino infinitesimo – chiamato dai fisici singolarità – potesse esserci l’intero universo. Oggi gli scienziati una spiegazione l’hanno data e dicono che tutto è nato dal vuoto. Il vuoto in fisica, non è lo stato filosofico del nulla, ma è lo stato a energia zero. È uno stato che, come tutti gli stati fisici, non sta fermo: fluttua, cioè cambia continuamente: in un brevissimo istante ha energia positiva e nel successivo negativa avendo così in definitiva valore medio zero. Un qualunque sistema fisico non può stare fermo: è proibito dalle leggi della fisica. Pertanto bisogna pensare il vuoto come uno stato a energia nulla, in movimento e non privo di particelle.
Cercherò di spiegarmi con una semplice analogia. Ovviamente come tutte le analogie non è perfetta ma spero che possa darvi il senso del discorso per aiutarvi a capirlo. Immaginate le bollicine che si formano nell’acqua in ebollizione: nascono, si espandono, si muovono e si dissolvono in un ciclo continuo. Ecco se potessimo guardare lo stato di vuoto noi vedremmo un continuo brulicare di microscopiche fluttuazioni che in totale hanno energia nulla, ma che continuamente si formano, si muovono e si dissolvono in un tempo brevissimo, salvo che, per caso in un piccolissimo istante, peschino dal vuoto una particella particolare che gli scienziati hanno chiamato inflatone. Non sanno cosa siano questi inflatoni, ma ne hanno definito il funzionamento. Gli inflatoni hanno la caratteristica che messi in un microscopico volume lo espandono a una velocità elevatissima e espandendosi acquisiscono altri inflatoni che a loro volta lo gonfiano smisuratamente in un processo che si autoalimenta. Questo meccanismo è stato chiamato Inflazione cosmica.
Ecco come è nato l’Universo! Dal vuoto quantistico con un processo di inflazione. L’Universo materiale può nascere dal vuoto quantistico, non filosofico, senza violare alcuna legge della fisica. Infatti l’energia totale di questo sistema che chiamiamo Universo è ancora quella del vuoto, cioè zero. Questo calcolo, con stupore, è stato ottenuto, da pochi anni, dagli scienziati sommando tutte le energie positive (massa-energia) – sono numeri enormi ma possibili – e tutte le energie negative dovute alla gravitazione (energia potenziale dello spaziotempo) anch’essi numeri enormi ma risultati pari ai positivi. Quindi la somma totale di energia positiva e energia negativa è zero. Qualche scienziato, per definire questa situazione, ha detto che l’Universo è un pasto gratis. In definitiva dobbiamo pensare che l’Universo è un vuoto a energia totale zero che ha cambiato forma: c’è stata una metamorfosi. Metamorfosi innescata dal bosone di Higgs, o campo scalare di Higgs, che ha prodotto una caratteristica del vuoto inedita fino a quel momento: ha dato massa ad alcune particelle elementari. Non a tutte. Ad esempio, i fotoni non subiscono l’influenza del campo di Higgs, pertanto sono senza massa e possono viaggiare, nel vuoto, alla velocità della luce. Gli elettroni, i quark e altre particelle elementari invece acquisiscono piccole masse diverse fra loro, a seconda di quanto “pesantemente” rimangono invischiate nel campo stesso. Il professore Antonio Ereditato in un suo libro fa la seguente analogia. Potreste immaginare dei piccolissimi cucchiaini di diversa superficie che tentate di muovere in un barattolo di miele liquido. Più piccolo è il cucchiaino e meno forza dovete applicare (meno massa acquisiscono); più è grande il cucchiaino e più forza dovete applicare (più massa acquisiscono). Il volume del barattolo è l’universo, i piccolissimi cucchiaini sono le particelle elementari e il miele è il campo di Higgs che pervade tutto l’universo generando dinamicamente la massa delle particelle elementari attraverso la sua interazione con esse. Ecco che quella marea di particelle elementari tutte senza massa, che liberamente vagavano in egual modo dappertutto caoticamente, di colpo si differenziano a seconda di quanto rimangono invischiate nel campo di Higgs che ora pervade tutto il vuoto quantistico stesso. Questa differenziazione è importantissima perché grazie alle quelle “giuste”, differenti quantità di massa e alla carica elettrica si è potuto costituire questo universo così come lo conosciamo. Altrimenti avremmo avuto un altro universo del tutto differente dal nostro – e non è detto che non ce ne siano altri!
I primi quark – chiamati up e down – dotati di una piccolissima massa interagiscono, cominciano ad aggregarsi a tripletti e insieme ai gluoni formano i primi protoni. Ecco la prima materia che a causa di questo meccanismo prende una strada e questa strada la porterà a modificare e a caratterizzare definitivamente il nostro universo. I protoni sono nati nei primi istanti di questo universo, 13,80 miliardi di anni fa, e non si sono mai modificati. Sono la struttura più longeva dell’Universo. Non muoiono, non decadono, per quello che ne sappiamo fino ad oggi. Si è plasmata una forma di materia consistente, persistente che perdura. L’elettrone, altro evento particolare, prende una piccolissima massa: “giusto” quella necessaria per orbitare e quindi aggregarsi con la sua carica negativa intorno al protone, che ha carica positiva. Si è formato il primo atomo: l’idrogeno. Se cambiassimo anche di pochissimo i valori di massa degli elettroni o dei quark la materia così come la conosciamo non si sarebbe mai formata. Non avremmo mai avuto gli atomi, e nei millenni le molecole, e nei milioni di anni le stelle, le galassie, i buchi neri, e nei miliardi di anni i pianeti, le piante, gli uomini e tutto l’Universo così come lo conosciamo.
Quindi il meccanismo sottile per cui alcune particelle elementari, all’inizio, tutte senza massa acquisiscono tramite il campo di Higgs la giusta quantità di massa permettono alla materia di diventare consistente e persistente. Gli scienziati hanno capito questo meccanismo. Cioè la rottura di una perfezione iniziale diviene decisiva per dare all’Universo la struttura materiale che conosciamo.
Una volta formato il primo atomo: un protone e un elettrone, che noi abbiamo chiamato idrogeno, il resto è semplice. Si formano atomi con un protone, un neutrone e un elettrone: il deuterio, o con un protone, due neutroni e un elettrone: il trizio – entrambi isotopi dell’idrogeno. E poi atomi con due protoni e due elettroni: l’elio, e poi atomi più pesanti che si aggregano in polveri che vengono attratte dalla forza gravitazionale. Poi cominciano ad innescarsi reazioni nucleari, cioè le stelle. Molte di queste esploderanno formando atomi ancora più pesanti e gli atomi pesanti si riaggregheranno a formare sistemi solari. In molti di questi sistemi solari si formeranno pianeti e rocce e poi acqua e poi, e poi… l’uomo. Questo si può raccontare anche se ci sono ovviamente tante sottigliezze da approfondire. Ma si capisce. Si capisce l’origine.
