Universo - De historia mundi

Andrea Autiero

Liceo scientifico “Lorenzo Mascheroni” – 5^ I

Anno scolastico 2008-2009 1

INDICE

2 Introduzione

3 I La cosmologia primitiva

Cosmologia egizia, 3 – Cosmologia Maya, 3

5 II L’antico universo a 2 sfere

Platone, 6 – L’universo nel pensiero aristotelico, 6 – La cosmologia romana, 8 - Somnium Scipionis,

8 – La rivoluzione Tolemaica, 8

10 III La nascita della cosmologia scientifica

Il cristianesimo e l’astronomia, 10 - La cosmologia teologica di Dante, 10 – La rivoluzione

Copernicana, 11 – L’evoluzione del pensiero Copernicano, 13 – Johannes Kepler, 13 – Galileo

Galilei, 15 – Isaac Newton, 16 – La materia nell’universo di Newton, 16

17 IV Albert Einstein: il fondatore della cosmologia moderna

19 V Verso l’Universo in espansione

Le equazioni di Friedmann, 19 - La legge di Hubble, 19

21 VI Il modello standard dell’Universo

Dal Big Bang al modello standard, 21 – Lucrezio: una primordiale teoria del Big Bang, 22 – Prove a

favore del Big Bang, 23

24 VII Il futuro dell’Universo

26 Glossario

28 Bibliografia

4 2

INTRODUZIONE

L’origine e l’evoluzione dell’universo sono l’oggetto di studio della cosmologia. Questa disciplina ha origini

antiche: da quando l’uomo ha conquistato la facoltà di formulare pensieri in termini astratti ha cominciato a

riflettere, oltre che sulla propria natura, anche su quella del mondo che la circonda. L’immagine dell’universo

antico si basava sulla visione religiosa (le informazioni sovente sono ricavate dalle narrazioni che riguardano

la cosmogonia) e filosofica della realtà, senza la preoccupazione di suffragare le teorie con dati scientifici.

Questa tesina ha proprio lo scopo di dimostrare, ricostruendo la storia della cosmologia fino a oggi, come le

teorie dell’universo da filosofico-teologiche siano diventate puramente matematiche e scientifiche. L’analisi

delle teorie cosmologiche comincia con quelle dei primi popoli civilizzati, per i quali il mondo si riduceva

alle poche regioni da loro conosciute. In questi modelli cosmologici le divinità ebbero il ruolo fondamentale

di creare e governare l’universo mantenendolo in armonia. Nella civiltà occidentale e in particolare grazie ai

greci, attraverso l’opera di Platone e Aristotele, e i romani, in conseguenza dell’espansione dell’impero

romano e a partire da Cicerone, le dimensione dell’universo aumentarono notevolmente e fece la sua

comparsa il modello di universo a due sfere che, nonostante cercasse di dare una descrizione qualitativa e

meccanica del cosmo, ricorse nuovamente alla divinità, che non si identificava con il dio creatore delle

religioni monoteiste ma manteneva solo l’ordine nel cosmo, per spiegare il moto dei corpi celesti. Solo nel I

‟

secolo d.C. con l’ Almagesto” di Tolomeo si diede un’impostazione matematica e meno filosofica

all’universo a due sfere. Tuttavia tale soluzione risultò alquanto complessa in quanto ricorreva a sistemi di

epicicli e deferenti per spiegare il moto dei corpi celesti e di conseguenza non permise di risolvere la

questione sui pianeti che era sorta. L’avvento del cristianesimo ebbe risvolti notevoli sull’astronomia, che fu

apertamente ostracizzata dai padri della Chiesa, in nome delle Sacre Scritture, e fu dunque la causa della sua

temporanea decadenza. Solo nel XII secolo la Chiesa, che ormai aveva assunto pieno potere spirituale, diede

nuovamente importanza all’astronomia, adottando il modello di universo tolemaico anche se reinterpretato in

chiava cristiana. Nel XIII secolo fu Dante Alighieri con la “Divina Commedia” a fornire una descrizione

esaustiva dell’universo antropocentrico e teologico della Chiesa. Infatti secondo tale istituzione Dio era la

causa di tutto il creato e dell’ordine del cosmo e l’uomo aveva una posizione di privilegio nell’universo

datagli dalla collocazione della Terra nel suo centro. La svolta che portò a un’impostazione scientifica della

cosmologia fu nel XVI secolo la rivoluzione copernicana che fu avviata da Copernico, con il “De

Revolutionibus Orbium Caelestium” e diede inizio alle teorie eliocentriche dell’universo. Ffu conclusa dalle

scoperte innovative di Kepler, che formulò le tre leggi del moto dei pianeti, Galileo, che osservando il cielo

con il telescopio fornì una visione nuova dell’universo, e Newton, che formulò la legge della gravitazione

universale. Il modello di universo newtoniano rimase invariato fino al XX secolo quando Einstein, col il

principio della relatività generale, formulò le equazioni della gravitazione risolvendo i difetti della teoria di

Newton. Inoltre Einstein ipotizzò basandosi sulla sua teoria che l’universo fosse statico, finito ma illimitato e

che avesse la forma di un’ipersfera. Basandosi sulle scoperte di Einstein de Sitter, Friedmann e Hubble

arrivarono alla concezione di universo in espansione e quindi alla sua concezione attuale. Questa trattazione

della storia della cosmologia si conclude con l’analisi delle possibili evoluzioni del nostro universo nel

futuro. 3

I

LA COSMOLOGIA PRIMITIVA

L’osservazione del cielo da parte dell’uomo ha le sue radici nel periodo Neolitico (4000-3000 a.c.) in cui

diviene sedentario e inizia ad avvertire la necessità di individuare un sistema in grado di predire i tempi

migliori per la semina e per il raccolto. I primi popoli civilizzati, tra i quali i Sumeri e i Babilonesi

sfruttarono le loro grandi conoscenze matematiche per determinare in modo empirico la posizione degli astri

e i loro moti e orientarono i luoghi di culto e le città in modo che rispecchiassero la disposizione del cielo e

facilitassero le osservazioni (questo metodo è stato utilizzato poi anche per la costruzione delle chiese

cristiane). Sono state registrate numerose osservazioni risalenti a questo periodo del moto della Luna, in

particolare le sue posizioni del sorgere e del tramontare, e dei pianeti più interni Mercurio e Venere. Tuttavia

non applicarono lo stesso rigore scientifico nell’elaborazione dei loro modelli cosmologici nei quali prevalse

maggiormente un’impostazione mistico-religiosa e l’influenza delle loro conoscenze del mondo. Tali

caratteristiche si evincono in particolare nella cosmologia egizia e in quella maya.

COSMOLOGIA EGIZIA

L’universo degli egizi era modellato sulla base mondo da loro esplorato che era limitato alle fertili regioni

del Nilo. La Terra era rappresentata come un piatto bislungo avente la dimensione maggiore parallela al Nilo,

il fondo piano che corrispondeva al bacino alluvionale che delimitava la zona da loro abitata, e il bordo

increspato simbolo delle montagne che limitavano il mondo terrestre. Al di sopra della Terra c’era l’aria,

considerata essa stessa una divinità, che reggeva un piatto capovolto a cupola che costituiva il cielo. Infine il

piatto terrestre era sorretto dall’acqua, che era un’altra divinità, che a sua volta posava sopra un piatto che

limitava simmetricamente l’universo dal di sotto. La natura religiosa di tale sistema infine era evidenziata dal

carattere divino attribuito alle stelle, fissate sulla volta celeste, e dal Sole, identificato come Ra, la principale

divinità egizia, e il cui moto era spiegato teorizzando che viaggiasse a bordo di due imbarcazioni: una per il

suo viaggio diurno attraverso l’aria e l’altra per il suo viaggio notturno attraverso l’acqua.

COSMOLOGIA MAYA

Fortemente religiosa era anche l’impostazione data dai Maya al loro universo. Gli unici autorizzati alla

pratica dell’astronomia erano i sacerdoti, le cui principali indicazioni sono racchiuse nella Bibbia Maya il

Popol Vuh. Il cosmo dei Maya era di tipo gerarchico ed era suddiviso in tre livelli. Il primo era quello del

cielo chiamato Chan (serpente), in quanto rappresentato come un serpente a due teste, e era suddiviso in

tredici strati, ognuno dei quali era presieduto da uno degli dei Oxlahuntiku, gli dei del giorno (nel

tredicesimo strato risiedeva il dio creatore Ometeotl con l’uccello sacro Muan). Inoltre in ogni strato era

libero di muoversi un corpo celeste e, in particolare, la Luna occupava lo strato immediatamente superiore

alla Terra mentre il Sole era posto più in alto. Il cielo infine era sostenuto da quattro deità chiamati bacab ( i

portatori del mondo), ad ognuno dei quali era associato il colore del punto cardinale corrispondente, e da

quattro alberi ceiba. Il secondo livello, la Terra, era collegato al cielo dalla Via Lattea, definita “axis mundi”

in quanto individuava il punto in cui intersecava l’eclittica tra la costellazione dei Gemelli e quella di Orione.

La Terra aveva forma piatta e era divisa in quattro quadranti diretti verso i punti cardinali. Dalla Terra si

accedeva al terzo livello, l’inframondo o Xialba, tramite le caverne, le fonti e tutte quelle conformazioni

geografiche che portavano verso l’interno della Terra. Lo Xialba era il regno dei morti e nella sua parte più

bassa, il Mintal, regnava il dio della morte Yum Cimil. Tale livello era infine diviso in nove strati presieduti

dagli dei della notte, i Bolomtiku (i Maya credevano che lo Xialba potesse essere il cielo notturno e che il

Sole ogni notte lo attraversasse in forma scheletrica). 4

Dal confronto tra le cosmologie di queste due popolazioni, sviluppatesi in regioni della Terra distanti tra loro

e mai venute a contatto, si evince che su tutto il globo le prime teorie sulla struttura del cosmo vertevano

prevalentemente su tematiche religiose. 5

II

L’ANTICO UNIVERSO A DUE SFERE

La tradizione per cui dettagliate osservazioni astronomiche potessero fornire le guide principali del pensiero

cosmologico nasceva con la civiltà occidentale e in particolare con quella greca. Infatti, a differenza delle

prime civiltà che si dedicarono all’osservazione del cielo solo per fini pratici legati all’agricoltura ma senza

ricavare informazioni rilevanti sul moto e l’aspetto dei corpi celesti, nella nuova astronomia questo secondo

aspetto diventava l’obiettivo principale. Ciò è testimoniato da un frammento del pensiero di Anassimandro di

Mileto del VI secolo a.C. in cui con soluzioni alquanto rudimentali ma efficaci descrisse le stelle come

‟porzioni

1 d’aria compressa, a forma di ruote che girano riempite di fuoco, ed emettono fiamme in qualche

punto da piccole aperture” e il Sole come “un disco ventotto volte più grande della Terra simile a una ruota

di un cocchio, il cui cerchio sia cavo e pieno di fuoco, e fa sprigionare fuoco da un certo punto di questo

attraverso un’apertura simile al becco di un soffietto”. Caratteristica delle nuove cosmologie sarà dunque

una notevole riduzione degli elementi religiosi per lasciare spazio a una visione più scientifica dell’universo

e legata a meccanismi ben noti sulla Terra. A partire dal IV secolo a.C. il modello su cui si baseranno

astronomi e filosofi fino alla rivoluzione copernicana, se pur con qualche modifica apportata da ogni

pensatore, sarà quello dell’universo a due sfere. In tale sistema la Terra, che ha forma sferica, era sospesa e

ferma nel centro geometrico di una sfera più grande che ruotava verso occidente attorno al proprio asse NS e

sulla quale erano incastonate le stelle fisse. Un ulteriore fine di questo sistema era dunque descrivere i circoli

quotidiani delle stelle basandosi sul moto della sfera celeste.

Nella figura CC,II e OE rappresentano i circoli quotidiani di alcune stelle che si poste sulla sfera. I circoli più in alto e

più in basso incontrano in un solo punto l’orizzonte (N per il circolo CC e S per quello II). In tale sistema i pianeti si

muovono in circoli aventi la Terra come centro e compresi tra quest ultima e la sfera delle stelle fisse. Tuttavia tale

sistema non è in grado di dare una spiegazione delle irregolarità dei loro moti.

1 Thomas S. Khun, La rivoluzione copernicana, Venezia 1999, Piccola Biblioteca Einaudi, pag.

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PLATONE

A porre le basi del nuovo pensiero occidentale e dell’astronomia nel IV secolo a.C. fu Platone (427-347a.c.),