«Non c’è dubbio che esista un parallelo tra il Big Bang e la nozione cristiana di creazione dal nulla».1 George Smoot, premio Nobel per la fisica 2006.

Cosmologia del Big Bang

«Dio ha compiuto due gesti di follia. Primo, ha creato l’universo con un big bang, e poi è stato così trascurato da lasciare una traccia di questo atto sotto forma di radiazione di microonde».2 Paul Erdos, uno dei più grandi matematici della storia.

Forse lo sviluppo più sorprendente dell’astrofisica contemporanea è proprio la scoperta di forti evidenze scientifiche a favore di un inizio dell’universo. La prima conferma scientifica venne dall’osservazione dell’espansione dell’universo, la seconda dall’applicazione della Seconda Legge della Termodinamica. Ci sono anche altre evidenze che confermano le previsioni della teoria del Big Bang, come la scoperta delle radiazioni cosmiche di fondo, menzionate prima da Paul Erdos, ma in questo breve articolo ci concentreremo soltanto sulle prime due.

  1. Negli anni venti il matematico russo Alexander Friedman e l’astronomo belga Georges Lemaître, applicando le equazioni di Einstein della Teoria della Relatività Generale, giunsero indipendentemente alla conclusione che l’universo fosse in espansione. Nel 1929 l’astronomo americano Edwin Hubble fece una scoperta sorprendente che verificò la teoria di Friedman e Lemaître. Osservò che la luce delle galassie lontane appariva più rossa del dovuto. Dovunque Hubble provasse a guardare con il telescopio, osservava lo stesso “red-shift”. Il red shift della luce è dovuto allo stiramento delle onde della luce come risultato dell’allontanamento delle galassie. La teoria di Friedman e Lemaitre è conosciuta come Teoria del Big Bang. È importante capire che essa non sostenga che le galassie si stiano espandendo in uno spazio vuoto preesistente, ma che sia lo spazio stesso ad espandersi. Nella cultura popolare invece, spesso si pensa che questa teoria descriva l’esplosione dell’universo a seguito della collisione di due atomi, o qualcosa di simile, quando in realtà tutta la materia, compresi gli atomi stessi, sono venuti all’esistenza al momento dell’inizio cosmico.

Il modello classico del Big Bang prevede che in passato tutto fosse più vicino, fino ad arrivare al momento in cui lo spazio tra due punti fosse zero. Tale punto viene chiamato singolarità.

Come si vede da questa immagine3, se andiamo indietro nel tempo, lo spazio-tempo arriverà necessariamente ad un confine: la singolarità. In tale punto, spazio, tempo e materia hanno iniziato ad esistere dal nulla, ex nihilo.

Nel 2003 i noti cosmologi Arvin Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin dimostrarono un teorema (il BGV Theoreme) che dice che qualsiasi universo, o multiverso, che sia, in media, in uno stato di espansione cosmica, non può essere eterno nel passato ma deve aver avuto un inizio.

  1. Un’altra importante evidenza scientifica viene dall’applicazione della Seconda Legge della Termodinamica. Dato abbastanza tempo, tutta l’energia dell’universo si propagherebbe in modo da ricercare uno stato di equilibrio, arrivando inevitabilmente alla cosiddetta “morte termica”. L’universo è destinato quindi a diventare buio, freddo e morto, dove non sarà più possibile la sopravvivenza di alcuna forma di vita.

Se l’universo fosse eterno, noi oggi dovremmo osservare tale stato di morte termica, poiché in un certo tempo finito l’universo avrebbe dovuto raggiungere l’equilibrio. Al contrario, osserviamo uno stato di continuo disequilibrio, a dimostrazione del fatto che l’universo abbia avuto un inizio in un tempo finito nel passato.

Negli anni sono stati proposti molti modelli alternativi a quello classico del Big Bang, ma è importante capire che tutti implichino comunque un inizio assoluto. Analizziamo i due scenari alternativi più conosciuti.

I) Modelli di gravità quantistica. Essi considerano la possibilità (molto concreta) che le equazioni della Relatività Generale di Einstein non siano applicabili adeguatamente a livello subatomico. Ma è fondamentale sottolineare che anche questi tipi di modelli prevedano comunque un inizio ex nihilo, come spiegano gli eminenti cosmologi John Barrow e Frank Tipler, infatti «Sono stati costruiti molti modelli quantistici della gravità che prevedono la creazione dal nulla di tutto l’universo, inclusi lo spazio e il tempo. Tutti hanno in comune l’idea che l’universo abbia avuto origine da un “punto” nel passato».4 Barrow e Tipler scrivono “punto” tra virgolette perché questi scenari non hanno un punto di singolarità vero e proprio, ed infatti vengono detti anche “senza confini”. Il più famoso è sicuramente quello di Stephen Hawking e James Hartle, i quali nel 1983 proposero l’Hartle-Hawking Model, che vediamo illustrato sulla destra, dove si osserva bene l’assenza della singolarità. Hawking stesso chiarisce che anche tale modello preveda comunque un inizio ex nihilo5, arrivando alla conclusione che «Pressoché tutti ora credono che l’universo, e il tempo stesso, abbiano avuto un inizio con il Big Bang».6

In ogni caso, provando a valutare l’ipotesi che l’intero universo macroscopico si comprima fino ad arrivare al livello subatomico, una volta raggiunte tali dimensioni si nota che non potrebbe comunque essere stato eterno nel passato. I cosmologi Anthony Aguirre, PhD in astronomia ad Harward e professore all’Università della California, e John Kehayias argomentano: «È molto difficile ideare un sistema – specialmente quantistico – che non faccia nulla “per sempre” e poi si evolva. Uno stato quantistico veramente stazionario o periodico, che durasse per sempre, non si evolverebbe mai, mentre uno con instabilità non durerebbe per un tempo indefinito».7 Quindi è improbabile che le particelle subatomiche dell’universo siano esistite da sempre e che si siano evolute soltanto in un tempo recente nel passato.

II) Modelli oscillanti. Negli anni 60 alcuni cosmologi supposero che dopo un certo tempo di vita, l’attrazione gravitazionale interna dovuta alla massa dell’universo potrebbe sopraffare la forza della sua espansione, causando l’inversione dell’espansione in una compressione cosmica, fino ad arrivare al cosiddetto Big Crunch. A questo punto l’universo ricomincerebbe ad espandersi iniziando un nuovo ciclo (vedi sopra). Per molti anni questa ipotesi è rimasta molto accreditata, in quanto ancora non si riusciva a calcolare con precisione la densità dell’universo. Dopo più di trent’anni però, grazie al progresso tecnologico, nel 1998 un team di astronomi di Princeton, Yale ed Harward è riuscito a dimostrare che la «densità della materia è insufficiente per arrestare l’espansione dell’universo»8, e che quindi quest’ultimo si dovrebbe espandere in eterno. Ma anche se così non fosse, dovremmo tenere conto della Seconda Legge della Termodinamica. Infatti ad ogni ciclo si avrebbe una produzione di entropia tale da aumentare la scala cosmica ed il tempo di espansione. Andando indietro nel tempo troveremmo cicli sempre più piccoli e brevi, fino ad arrivare ad un inizio assoluto, come si può vedere dal secondo grafico in basso. Per questo, i cosmologi Novikov e Zeldovich concludono che «il modello multiciclo ha un futuro infinito, ma solo un passato finito».9

In definitiva, date le conoscenze fisiche e matematiche odierne, Alexander Vilenkin, che ricordiamo essere un fervente ateo, conclude che «Nessuno di questi scenari può essere eterno nel passato»10 e che «Non ci sono modelli in questo momento che forniscano un modello soddisfacente per un universo senza inizio».11

Queste sono alcune delle ragioni scientifiche che hanno portato la grande maggioranza degli scienziati alla convinzione che l’universo abbia avuto un inizio.

Big Bang e cristianesimo

Purtroppo però, molti cristiani sono un po’ ostili alla teoria del Big Bang, vedendola quasi in contraddizione con la loro fede. Probabilmente questo è dovuto all’apparente disaccordo sull’età dell’universo, che discuteremo più sotto. Ma pensandoci bene, si nota che la contraddizione è solo superficiale, mentre c’è un profondo accordo tra questa teoria e il cristianesimo.

Per secoli gli scienziati hanno pensato e assunto che l’universo fosse eterno e stazionario, come previsto dalla fisica aristotelica, andando in profondo contrasto con una delle dichiarazioni centrali e fondamentali della religione giudaico-cristiana, ovvero che l’universo fosse stato creato da Dio. Quindi la rivoluzione che questo modello ha portato nella cosmologia soltanto recentemente dovrebbe essere accolta dai cristiani come una grande vittoria. Oggi possiamo affermare che la scienza contemporanea concordi profondamente con l’affermazione più coraggiosa e famosa mai pronunciata nella storia: In principio Dio creò. Non solo, la cosmologia del Big Bang falsifica inevitabilmente molte delle altre religioni presenti sul pianeta, e oggi molto di moda, come il buddismo, l’induismo e tutte le religioni panteistiche in generale, le quali prevedono un universo eterno e divino.

Il punto teologico fondamentale al centro del racconto biblico della creazione è che Dio non è la natura, ma il Creatore della natura. La dottrina giudaico-cristiana della creazione ex nihilo prevede infatti che l’intero universo sia stato creato da un Dio trascendente, in contrasto con tutte le altre forme di idolatria verso il Sole, la Luna, il Mare e altre realtà fisiche. Il cristianesimo può così vantare un’altra previsione corretta, verificata dalla scienza contemporanea, e del tutto inaspettata.

Età dell’universo

La grande maggioranza dei cosmologi odierni pensa che l’universo abbia circa 13,8 miliardi di anni. È però importante comprendere che la teoria del Big Bang in sé non è legata necessariamente alla suddetta età. Il fatto che l’universo abbia avuto un inizio e la sua datazione sono due argomenti distinti.

Per prima cosa bisogna notare che tutte le datazioni contemporanee, da quelle cosmologiche a quelle biochimiche, sono fondate sul cosiddetto Principio Antropico. In poche parole, visto che esistono degli osservatori come gli Homo sapiens, e visto che ci vogliono miliardi di anni prima che si possano evolvere spontaneamente, allora l’universo deve avere un’età ragionevolmente avanzata per poter sviluppare da qualche parte tali osservatori intelligenti. La definizione tecnica di Principio Antropico Debole (PAD) è la seguente:

I valori osservati di qualunque grandezza fisica e cosmologica non sono tutti ugualmente probabili, ma sono soggetti alla restrizione che esistano luoghi dove possa evolversi la vita basata sul carbonio e che l’universo sia vecchio abbastanza perché ciò sia già avvenuto.12

Dato che è la definizione stessa del PAD ad imporre che l’universo debba essere necessariamente vecchio, questa non è una conclusione ma un presupposto. John Barrow e Frank Tipler, i grandi cosmologi che hanno approfondito e popolarizzato il PAD a partire dalla prima postulazione fatta dal fisico Brandon Carter, spiegano che:

Noi siamo, di fatto, una forma di vita intelligente basata sul carbonio che si è sviluppata spontaneamente su un pianeta di tipo terrestre orbitante attorno a una stella di tipo spettrale G2: ogni osservazione da noi compiuta è necessariamente subordinata a questo dato assolutamente fondamentale. In particolare, una forma di vita sorta spontaneamente in un ambiente di questo tipo può soltanto osservare un universo vecchio miliardi di anni. […] I tempi dell’evoluzione biologica, che ci costringono a osservare l’universo solo dopo miliardi di anni di espansione, introducono un effetto di selezione.13

Visto che si parte con il presupposto che per far evolvere gli esseri umani ci vogliono miliardi di anni, è naturale che si adatti tutte le altre datazioni a questo vincolo. Nella storia della scienza, l’applicazione del PAD è stata spesso determinante per scegliere il modello scientifico più adeguato e coerente alle osservazioni, aiutando notevolmente il progresso scientifico e tecnologico, ma è evidente che imponga dei presupposti metafisici. Gli stessi Barrow e Tipler aprono il loro capolavoro Il principio antropico scrivendo che «Il problema centrale della scienza e dell’epistemologia è decidere quali postulati assumere come fondamentali».14 È quindi normale che la grande maggioranza degli scienziati pensi che l’universo abbia miliardi di anni, in quanto assume come postulato fondamentale che per giungere dalla mera materia inorganica alla specie dell’Homo sapiens ci vogliano miliardi di anni. Per fare un esempio, per calcolare il raggio minimo possibile di massima espansione dell’universo, Barrow e Tipler iniziano il calcolo premettendo che «Poiché in universi di breve durata la vita intelligente non fa in tempo a evolversi, deve esistere un valore R del raggio tale che…».15 Similmente accade per calcolare qualsiasi altra cosa.

Ma allora assumendo postulati fondamentali diversi, sarebbe contemplabile, date le conoscenze attuali, un universo giovane?

Ricorrendo a condizioni al contorno molto particolari, alcuni hanno tentato di conciliare l’età apparentemente smisurata dell’universo (circa 15 miliardi di anni), rivelata dai resti fossili e dai moti astronomici, con i pregiudizi a favore di una Terra e un universo giovanissimi (circa 6000 anni). Un universo di circa 6000 anni, con condizioni al contorno che diano un’apparente età di 15 miliardi di anni, sarebbe indistinguibile all’osservazione da uno con differenti condizioni al contorno che abbia veramente 15 miliardi di anni. Il modello dell’universo giovane non spiega nulla, naturalmente, e viene respinto, in quanto privo di interesse intrinseco, dagli scienziati.16

Secondo Barrow e Tipler, dunque, è totalmente inutile assumere un’età dell’universo così breve, ma non è in conflitto con le relazioni della Relatività Generale di Einstein che ne descrivono l’espansione. Sembra quindi evidente che partendo con presupposti diversi si possa giungere a conclusioni diverse utilizzando anche le medesime equazioni che descrivono il medesimo universo. Le ipotesi e i presupposti che si assumo sono quindi fondamentali, poiché, come ci ricorda l’eminente cosmologo George Ellis, compagno di ricerca di Stephen Hawking, «Non siamo in grado di costruire un modello dell’universo senza fare alcune ipotesi di natura cosmologica che sono completamente inverificabili».17

Inoltre, soltanto cento anni fa, tutti gli scienziati credevano erroneamente che l’universo fosse eterno e stazionario, e abbiamo visto come in pochi anni questa visione sia stata incredibilmente capovolta e soppiantata dalla cosmologia del Big Bang. Similmente, in futuro riusciremo sicuramente ad avere più chiarezza anche in merito all’età e all’evoluzione dell’universo.

In definitiva, essendo la teoria del Big Bang indipendente dall’età dell’universo, non resta alcun motivo per rigettarla sulla base di presupposti religiosi. L’età dipende molti fattori, tra cui le condizioni al contorno, le quali determinano, tra le altre cose, la velocità di espansione e la curvatura. Come spiegano Barrow e Tipler:

Dunque, di fatto si scelgono valori iniziali ad hoc, per far sì che in universi piatti di Friedmann siano oggi presenti le galassie. […] Analogamente, in modelli molto aperti (o molto chiusi) si possono scegliere le ampiezze iniziali in modo opportuno per compensare la minore (o maggiore) velocità di crescita fino al giorno d’oggi: un simile procedimento sarebbe altrettanto ad hoc di quello che di fatto si adotta col modello piatto.18

Indubbiamente i presupposti scelti sono fondamentali ai fini dei risultati finali. Ma è indispensabile comprendere che le evidenze a favore di un inizio cosmico restano, indipendentemente da quando esso sia avvenuto. In ogni caso, è evidente come la questione dell’età sia nettamente secondaria se si pensa al profondo accordo tra la nozione giudaico-cristiana di creazione ex nihilo e la cosmologia del Big Bang.

Implicazioni

«Filosoficamente, la nozione di un inizio del presente ordine della Natura mi ripugna… Vorrei trovare una vera scappatoia».19 Sir Arthur Eddington.

L’idea di un inizio dell’universo è sempre stata osteggiata, da Platone ad Einstein, ad Eddington, come appena visto. Questo perché mette davanti necessariamente degli scomodi quesiti filosofici. Paul Davies pone l’inevitabile domanda: «Cosa ha causato il big bang? […] Si potrebbe considerare una forza soprannaturale, un agente oltre lo spazio e il tempo come responsabile del big bang, o si potrebbe preferire considerare il big bang come un evento senza una causa. Mi sembra che non abbiamo molta scelta. O […] qualcosa al di fuori del mondo fisico […] o […] un evento senza una causa».20 Non ci sono molte alternative, o si accetta che l’universo abbia avuto una causa, o ci si rifugia nell’assurda affermazione che gli universi possano apparire dal nulla senza alcuna causa. L’eminente cosmologo ateo Alexander Vilenkin, sembra capire perfettamente il punto: «I cosmologi non possono più nascondersi dietro un universo eterno nel passato. Non c’è scampo, devono affrontare il problema di un inizio cosmico».21 Non è difficile notare che questo sia un grosso problema per gli atei, in quanto credere che l’universo sia apparso dal nulla senza una causa equivale a credere in un miracolo. I credenti, al contrario, difendono una posizione molto più ragionevole, affermando che l’universo sia apparso dal nulla con una causa. Essendo che lo spazio, il tempo e la materia non esistevano, questa causa dovrà essere necessariamente trascendente, fuori dallo spazio, dal tempo, immateriale e personale, proprio come la definizione di Dio nella tradizione giudaico-cristiana. Abbiamo argomentato ampiamente questo punto nell’Argomento Cosmologico Kalam.

L’altra questione che pone inevitabilmente il Big Bang è che l’universo non può più essere considerato l’entità ultima e necessaria, poiché avendo avuto un inizio dimostra di essere contingente. In poche parole, dire che l’universo è contingente significa affermare che può cessare di esistere, cosa che sembrava assurda fino agli anni 20. Finché si credeva che l’universo fosse eterno, era molto più ragionevole pensare che esso fosse l’entità ultima, ma il fatto che l’universo abbia avuto un inizio implica necessariamente la sua contingenza. Per gli atei questo è un altro grosso problema, poiché anche qui non ci sono molte possibilità, l’entità ultima e necessaria è l’universo o Dio; e l’unico modo in cui l’ateismo può essere vero è che Dio non esista, e che quindi l’esistenza dell’universo sia un fatto bruto e necessario. La teoria del Big Bang riduce dunque quasi a zero la credibilità dell’affermazione dell’ateismo di un universo necessario, concetto essenziale per la veridicità dell’ateismo.

In conclusione, un cristiano può dunque affermare con sicurezza che una delle dottrine fondamentali della sua fede è perfettamente confermata dalla scienza contemporanea, poiché come afferma Vilenkin, il cosmologo ateo citato più volte in precedenza, «Tutte le evidenze che abbiamo dicono che l’universo abbia avuto un inizio»,22 non che la maggioranza, ma tutte!

1 George Smoot, quoted in Fred Heeren Show Me God, p. 139

2 Paul Erdos, citato in John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 398

3 William Lane Craig, The Kalam cosmological argument, https://www.reasonablefaith.org/writings/popular-writings/existence-nature-of-god/the-kalam-cosmological-argument/

4 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 445

5 Stephen Hawking e Leonard Mlodinow, The Grand Design, 2010, pp.134-135

6 Stephen Hawking, The Nature of Space and Time, Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1996, p. 20

7 Anthony Aguirre and John Kehayias, “Quantum Instability of the Emergent Universe,” arXiv:1306.3232v2 [hep-th] 19 Nov 2013

8 Associated Press News Release, January 9, 1998

9 I.D. Novikov and Ya.B. Zeldovich, “Physical process near cosmological singularities”, Annual review of astronomy and astrophysics 11, 1973, pp.401-402

10 Audrey Mithani and Alexander Vilenkin, “Did the universe have a beginning?” arXiv:1204.4658v1 [hep-th] 20 Apr 2012, p. 5.

11 Alexander Vilenkin lecture, http://www.youtube.com/watch?v=NXCQelhKJ7A

12 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 40

13 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, pp. 27-29

14 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 26

15 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 501

16 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 408

17 George Ellis, Issues in the Philosophy of Cosmology

18 John D. Barrow e Frank J. Tipler, Il Principio Antropico, p. 429

19 Sir Arthur Eddington, NATURE, Mar. 21, 1931, p. 447

20 Paul Davies, The Birth of the Cosmos, in God, Cosmos, Nature and Creativity, ed. Jill Gready (Edinburgh: Scottish Academic Press, 1995), pp. 8-9

21 Alexander Vilenkin, Many Worlds in One, (New York: Hill and Wang, 2006), 176

22 Alexander Vilenkin, New Scientist 11/01/2012