L'universo infinito: uno sguardo oltre il visibile

Liceo della Comunicazione “sociale”

Istituto paritario “M. Ausiliatrice” Caltagirone

Anno scolastico 2006/2007

L’Universo infinito: uno sguardo oltre il visibile

Coordinatrice: Sr. Rosa Maria Patanè

Alunna: Russo Alessia

Indice

• Mappa concettuale........................................................pag. 2
• Introduzione...............................................................pag. 3
• Introduction...............................................................pag. 5
• Capitolo 1: L’universo infinito...........................................pag. 6
• 1A: Origine dell’Universo
• 1B: Destino dell’Universo
• 1C: Universi paralleli
• Capitolo 2: Un angolo di Universo: la nostra Galassia.....................pag. 12
• 2A: Corpi celesti
• 2B: Le galassie
• Capitolo 3: Il sistema solare.............................................pag. 21
• 3A: Il Sole
• 3B: I pianeti ed i satelliti
• Capitolo 4: Il pianeta Terra: casa dell’uomo..............................pag. 27
• 4A: Caratteristiche fisiche
• 4B: La Terra ed i suoi movimenti
• Il concetto d’Infinito in Matematica.......................................pag. 32
• Il concetto d’Infinito in Filosofia........................................pag. 36
• Il concetto d’Infinito in Arte.............................................pag. 38
• Il concetto d’Infinito in Letteratura Italiana............................pag. 39
• Conclusione.................................................................pag. 42
• Bibliografia.................................................................pag. 43

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Introduzione

Fin dall’antichità, l’uomo è rimasto affascinato di fronte all’Infinito: “quando si fermò a contemplare il cielo, il suo mondo interiore di inquietudini, stupori e paure per una vita aspra e incerta si arricchì di una dimensione nuova, quella della riflessione, dell'esercizio della ragione nella consapevolezza di esistere al centro di qualcosa di arcano ma enormemente bello, che chiamò universo”.

L’uomo immaginò che tutto fosse stato creato in funzione delle sue esigenze; ciò appare evidente dalle prime rappresentazioni che ci mostrano l’Universo come un’armonia di sfere concentriche in cui inserire le diverse manifestazioni del reale, da quelle infime a quelle supreme. La naturale aspirazione dell’uomo verso le sfere più alte, quelle di maggiore purezza e perfezione, è un esempio di come il suo modo di vivere e pensare fosse condizionato dalla certezza, spesso dogmatica, di far parte di un mondo lontano. Per secoli la disposizione degli astri (reale o presunta) è stata, e lo è ancora, presagio di eventi ed oggetto di grande impatto psicologico, anche se scientificamente infondata.

Riflettere su tali pensieri mi ha portato a voler approfondire questo argomento nelle sue molteplici sfaccettature. Ho iniziato analizzando l’argomento dal punto di vista dell’Astronomia, partendo da ciò che è più lontano da noi: l’Universo infinito, analizzandone le caratteristiche, dalla sua origine al suo destino, per poi passare alla Via Lattea, la galassia che include il nostro Sistema Solare, con tutti i vari corpi celesti che contiene, per arrivare in ultima analisi alla Terra, analizzandone le caratteristiche generali ed i movimenti. Il concetto di Infinito, inteso come estensione illimitata nello spazio e nel tempo, è stato analizzato da molte discipline: filosofia, poesia, letteratura, pittura, matematica, astronomia.

Il mondo che ci circonda non include, tra le cose certe, l’Infinito. Eppure la mente umana, da sempre, per secoli e secoli, ha cercato di misurarsi con quest’idea. Dinanzi a questo concetto sono rimasti perplessi alcuni tra gli intelletti più acuti di tutta l’umanità: da Pitagora, ad Aristotele, a Galilei.

Il concetto d’Infinito è, per sua stessa etimologia e natura, ciò che sfugge ad ogni possibile classificazione e misura, mentre la Matematica tende a classificare e misurare ciò che esamina; dunque apparentemente sembra che l’infinito non sia argomento di matematica; eppure essa è stata capace, nella sua storia più recente, di intuire, accarezzare ed anche misurare l’Infinito, fin quasi a sognare di dominarlo completamente. La realtà nasce, allora, dall’armonia degli opposti: limitato-illimitato, dispari-pari, diritto-curvo ecc, facendo intravedere il ruolo dell’illimitato dell’infinito come “disposizione” a ricevere determinazioni. Ho cercato, con un breve excursus storico, di evidenziare il divenire di tale concetto nel pensiero di filosofi e matematici fino ad arrivare ai più recenti.

1 Fernando De Felice, Le Scienze CD Rom 1997, Le Scienze

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Secondo alcuni filosofi, come Fichte, il compito dell’Io è il raggiungimento dell’Infinito tramite il superamento di ostacoli infiniti che porteranno a non raggiungere mai l’infinito stesso, rappresentato così da un ipotetica meta immaginaria come potrebbe esserlo l’ipotetica fine di una retta. Mentre secondo Hegel l’infinito non è un processo senza termine ne compimento, ma è la totalità di tutti i finiti e la sua rappresentazione grafica non è la retta ma il cerchio formato da vari momenti che sono finiti. L’unica vera infinita realtà è l’idea, la Ragione assoluta che comprende in sé ogni determinazione della realtà. La tesi hegeliana afferma che “il finito si risolve nell’infinito” cioè che gli eventi della natura e della storia trovano la loro spiegazione solo all’interno dell’Assoluto.

L’infinito ha sfidato la fantasia di tanti poeti ed artisti: Giacomo Leopardi così lo sentì: ”Tra questa immensità s’annega il pensier mio: e il naufragar m’è dolce in questo mare”.

Molto interessante risulta il confronto del concetto d’infinito tra Leopardi e Pascoli; Leopardi prova piacere nell’affondare in uno spazio smisuratamente disteso mentre Pascoli vuole restare chiuso all’interno del nido. Anche Alfieri, come Leopardi, cerca di spingersi oltre, di cercare nuovi luoghi (il viandante); ma a differenza di quest’ultimo egli s’immerge in immensità fisiche che lo portano a fantasticare.

Un grande pittore, De Chirico, dipinse un quadro, cui dette il nome: “Nostalgia dell’Infinito”, nel quale mediante l’immagine desolata della torre, affronta il problema della totale paralisi interiore dell’uomo, traducendolo nelle immagini mutilate senza braccia e occhi.

“La creatività artistica e la razionalità matematica si fondono nel fascino di questa invenzione dell’intelletto umano.”

Antonino Zichichi- L’Infinito

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Introduction

In my project I have choose to speak about the infinite universe. I chose this subject matter because I’m interested in the mysteries of the universe.

In my work I want begin to analyse the universe, then its components like the galaxies, their begining and their end.

In particular I turn my attention in our Galaxy, its characteristics and components, the solar system, the sun and the planets. Finally I analyse the Earth the “home” of men kind.

But this concept is very big and includes also other aspects that doesn’t look at science. In particular I have studied this concept in Maths, analysing the evolution of the concept of infinite, begining from ancient Greece to arrive in our days. Besides I have analysed the Möbius strip a symbol that conventionally indicate the infinite.

I have analysed also the infinite in philosophy emphasizing thoughts of two philosophers with idea of infinite almost opposite like Fichte and Hegel. For Fichte the infinite is alone an imaginary destination; but Hegel turns upside down this position stating that the finite dosen’t exist.

Also De Chirico, an artist worrying and enigmatic, is fascinating by this concept. In fact he painted in which he represents the desolate image of the tower. In which

Nostalgia dell’infinito

there are two persons that seem to be ghosts.

Also Giacomo Leopardi remained fascinating by the meaning of the infinite; “Il dolce naufragar” is interpretated in a different way by two writers, Pascoli and Leopardi.

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Capitolo 1: L’universo infinito

L’universo è l’insieme di tutta la materia, dell’energia esistente e dello spazio che le contiene.

L’universo, la sua origine e la sua evoluzione sono oggetto di studio della cosmologia, disciplina scientifica che si avvale delle osservazioni astronomiche e delle teorie fisiche (in particolare, della relatività generale) per elaborare possibili modelli di universo.

Nella prima metà del XX secolo, la parola Universo era usata per riferirsi all'intero spazio-tempo "esistente", assieme a tutta la materia e l'energia in esso contenute. Durante la seconda metà del XX secolo, lo sviluppo della cosmologia osservativa, chiamata anche cosmologia fisica, ha portato ad una divisione del significato del termine Universo tra i cosmologi osservativi e i cosmologi teorici: i primi (in genere) abbandonano la speranza di poter osservare l'intero spazio-tempo, mentre i secondi mantengono questa speranza, cercando di trovare le ipotesi più ragionevoli per modellizzarlo tutto, nonostante l'estrema difficoltà di trovare dei limiti a questi modelli e il rischio di decadere nella metafisica.

1A: Origine dell’Universo

Un'importante domanda della cosmologia per ora senza riposta è quella della forma dell'Universo.

Per prima cosa, occorrerebbe stabilire se l'Universo è piatto, ossia rispetta le regole della geometria euclidea su grande scala. Al momento, la maggior parte dei cosmologi pensa che l'universo osservabile sia (quasi) piatto, esattamente come la superficie della Terra è (quasi) piatta.

In secondo luogo, occorre stabilire se l'Universo è molteplicemente connesso oppure no.

Secondo il modello del Big Bang, l'Universo non ha un confine spaziale, ma potrebbe comunque essere spazialmente finito. Questo può essere compreso mediante un'analogia con le due dimensioni: la superficie della Terra non ha confini, ma ha comunque un'area finita. Si può pensare anche ad un cilindro, e poi immaginare di liberarsi dalle costrizioni imposte dalla geometria ordinaria e immaginare di unire le due estremità del cilindro, ma senza piegarlo. Anche questo è uno spazio a due dimensioni con un'area finita, ma a differenza della superficie terrestre è piatto, ed è quindi un modello migliore.

Ne segue che, strettamente parlando, dovremmo chiamare le sopra menzionate stelle e galassie "immagini" di stelle e galassie, poiché è possibile che l'Universo sia finito e così piccolo che possiamo vedere una o più volte "attorno" ad esso, ed il numero reale di stelle e galassie fisicamente distinte potrebbe essere più piccolo. Alcune osservazioni sono in corso per cercare di confermare o escludere questa possibilità.

Due sono le teorie sull’origine dell’Universo che nel XX sec. si sono confrontate tra loro: la teoria dello stato stazionario e la teoria del Big Bang, verso la quale si orienta la grande maggioranza dei consensi.

• La teoria dell’Universo stazionario si sviluppò nel 1948 da Fred Hoyle, Hermann Bondi, Thomas Gold ed altri. L'universo su grande scala sarebbe eterno ed immutabile, quindi uniforme nello spazio e nel tempo, che non ha un inizio preciso e che non cambia nel tempo. Questo principio può essere conciliato con la cosiddetta Legge di Hubble (l'osservazione che le galassie si allontanano da noi ad una velocità proporzionale alla loro distanza) solo assumendo che si abbia una continua creazione di materia, in modo da mantenere costante la densità media. Nuove galassie quindi prenderebbero il posto di quelle che si sono allontanate. Un’ipotesi del genere viola il principio di conservazione della materia e dell’energia e non ha più molto seguito.
• I fondamentali della teoria del Big Bang affermano che l'osservazione di galassie, che appaiono allontanarsi l'una dall'altra, può essere combinata con la teoria della relatività generale, per estrapolare le condizioni dell'Universo primordiale. Questo porta alla conclusione che, andando indietro nel tempo, l'Universo diventa sempre più caldo e denso. Questa visione porta alla conseguenza che l'Universo attuale è molto diverso da com'era nel passato e come sarà nel futuro. Nell’istante iniziale, in cui la materia era concentrata in una sfera piccolissima, si sarebbe verificata un’esplosione di immane portata che avrebbe generato la materia che costituisce l’Universo. In seguito all’esplosione si dovrebbe essere verificata una diminuzione di temperatura e in fasi successive si sarebbero aggregate le particelle fondamentali della materia, i nuclei leggeri, idrogeno ed elio, e gli atomi. Inoltre dall’esplosione sarebbe cominciato il moto di espansione che osserviamo nelle galassie.

Con il passare del tempo, le regioni leggermente più dense della materia (distribuita, quasi, ma non del tutto, uniformemente) si addensarono sotto l'effetto della gravità in gruppi, formando nubi di gas, stelle, galassie e altre strutture astronomiche.

Nell'ambito della teoria, lo stesso Big Bang non viene considerato un'esplosione di materia che si muove verso l'esterno per riempire un Universo vuoto preesistente. Fu invece la nascita e la rapida crescita dell'Universo stesso, spaziotempo compreso. A causa di questo postulato, la distanza tra galassie molto distanti aumenta più velocemente della velocità della luce. Questo non vìola le regole della relatività speciale, la quale è valida solo come teoria locale. Essa stabilisce, tra le altre cose, che la materia e l'informazione non possono muoversi nello spazio più velocemente della luce, ed è empiricamente non valida per concetti spaziotemporali globali (perché ignora la forza di gravità).

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1B: Destino dell’Universo

La teoria del Big Bang descrive l'origine e l'evoluzione dell'Universo fino ad oggi, ma quale sarà la sua evoluzione futura? Si potrebbe pensare che l'espansione iniziata col Big Bang continuerà all'infinito. In realtà, il destino del nostro Universo potrà anche essere diverso.

Al suo interno agiscono due forze contrapposte: la spinta dell'espansione, che fa allontanare le galassie sempre più l'una dall'altra, e la forza di gravitazione, che tende a tenerle legate e a frenare l'espansione. Quale sarà la fine dell'Universo verrà deciso da quale delle due prevarrà.

Come abbiamo visto, esiste una densità critica della materia, al di sopra della quale l'attrazione gravitazionale può frenare l'espansione. I cosmologi preferiscono usare un parametro, detto Omega, per descrivere il tipo di universo in cui viviamo. Omega rappresenta il rapporto tra la densita' di materia totale presente nell'Universo e la densità critica.

Se Omega è minore di 1, la materia presente è insufficiente per controbilanciare la spinta di espansione, e l'Universo è destinato ad espandersi indefinitamente. Questo tipo di universo si dice "aperto".

Se Omega è maggiore di 1, al contrario, l'espansione verrà prima o poi frenata e poi, lentamente, le galassie cominceranno a riavvicinarsi, fino a scontrarsi e a fondersi tra loro, in un gigantesco impatto che viene definito "Big Crunch" (la situazione opposta al Big Bang). Questo è il caso di universo "chiuso".

Infine, se Omega è esattamente uguale a 1, l'espansione rallenterà lentamente ma l'attrazione gravitazionale non sarà sufficiente a far collassare l'Universo su se stesso. È questo il caso di universo "piatto".

Se sommiamo la massa di tutte le galassie che conosciamo, però, il totale è decine di volte più piccolo della massa necessaria per "chiudere" l'universo. Esso sembrerebbe quindi destinato ad espandersi all'infinito. Gli astronomi però hanno scoperto che intorno a molte galassie esistono degli immensi aloni di materia oscura, un tipo di materia di natura ancora ignota. Essa non emette radiazione di alcun tipo e la sua presenza può essere rivelata solo grazie agli effetti gravitazionali che induce sulla materia normale che le sta vicino.

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