Il Campo Gravitazionale è Quantizzato. I tremori del Big Bang fanno davvero paura nella comunità scientifica internazionale

“Non esiste alcuna sinistra azione a distanza che possa spiegare la non esistenza della Luna quando non la osservo”

Albert Einstein

In principio Dio creò il Cielo e la Terra, racconta la Sacra Bibbia. La Parola di DIO, il Verbo, diede forma e sostanza alla Materia ed all’Energia. Quindi, all’Umanità. Una Verità di Fede. La Scienza, oggi metodologicamente atea, nata 400 anni fa dal gesto di profonda umiltà intellettuale del primo scienziato cattolico Galileo Galilei che volle interrogare la Natura ponendo le giuste domande matematiche, che cosa ha da dire in proposito? La scoperta delle onde gravitazionali primordiali poteva essere tutta italiana? Forse. Per un sacco di buone ragioni. Tra cui la nostra storica indiscussa supremazia intellettuale nello studio della suggestiva correlazione quantistica delle particelle elementari (madre dei supercalcolatori del futuro) con la loro strana abitudine di influenzarsi, quando le si osserva, indipendentemente dalla loro distanza reciproca, fosse anche di miliardi di anni luce. Ma così non è stato. Gli statunitensi si sono assicurati un posto in prima fila nella gloria per spiegare come funziona l’Universo. Harvard docet e l’Italia paga un prezzo fin troppo salato che la distruzione del Senato della Repubblica, da 2700 anni considerato il Faro della civiltà giuridica mondiale, non potrà assolutamente eludere. La scoperta del XXI Secolo è stata conseguita dagli Americani. Quali saranno gli sviluppi teorici e pratici più grandi derivanti dall’esperimento BICEP2 in Antartide? Secondo il professor Michio Kaku, fisico teorico e campione della divulgazione scientifica anche su Focus (Canale 56), le teorie del Multiverso e delle Stringhe potrebbero fornire le risposte giuste ai nuovi quesiti posti dall’Inflazione iperluminare dell’Universo neonato. Sono state rilevate le fantastiche onde gravitazionali prodotte poco prima dell’Inflazione cosmica che lo avrebbe fatto crescere di 100 trilioni di trilioni di trilioni di volte in un batter d’occhio. Una scoperta indiretta che, se confermata dai colleghi scienziati, conferirà al suo autore, John M. Kovac dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, il Premio Nobel per la Fisica. Ma che già ora promette fuoco e fiamme nella comunità scientifica mondiale. Di quelle, per intendersi, che capitano una volta ogni dieci o cento anni, per rivoluzionare tutto. In primis, la Fisica della Relatività e delle Alte Energie, riunificando l’infinitamente piccolo e grande. Quindi, la Cosmologia. La nostra percezione della Materia e dell’Energia che permea il Creato, cambierà radicalmente. Se la scoperta verrà confermata, Kovac e i suoi amici avranno dimostrato che la Gravità è una Forza fondamentale come le altre, che non si può eludere tanto facilmente come nel film Gravity. La onde gravitazionali sono previste dalla Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein (1915) “anche se – osservò il celebre fisico tedesco – sarà difficile rilevarle”. La scoperta interessa soprattutto la Fisica delle Alte Energie, la quale insegna che in Natura esistono Quattro Interazioni Fondamentali: la Forza Elettromagnetica percepibile nella luce che ne è una manifestazione; la Forza Debole responsabile del decadimento radioattivo dei nuclei atomici; la Forza Forte, cioè la “colla” gluonica che tiene uniti i Quark nei nuclei atomici, e la Forza Gravitazionale. Il quadro teorico del Modello Standard confermato dalla scoperta del Bosone di Higgs e dei neutrini “trasformisti” al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’Infn, prevede che ciascuna Forza si trasmetta mediante particelle messaggere: l’Interazione Elettromagnetica mediante i fotoni che sono quanti di luce; l’Interazione Debole mediante i bosoni intermedi (W e Z) come quelli scoperti nel 1984 dal professor Carlo Rubbia, il creatore del primo propulsore nucleare interstellare e Senatore a vita della Repubblica Italiana, che festeggia il suo 80esimo genetliaco il 31 Marzo 2014; l’Interazione Forte mediante i gluoni. La teoria prevede che anche la Gravità abbia le sue particelle messaggere, i Gravitoni, i quali, come tutte le particelle quantistiche, quando non le si osserva direttamente influenzandole, si comporta anche come un’onda. In effetti, la Realtà è molto più esotica di quanto si creda. Da moltissimi anni scienziati di tutta la Terra sono a caccia di queste onde gravitazionali. In Italia il pioniere è stato il grande fisico Edoardo Amaldi. Ma nessuno le aveva finora rilevate neppure indirettamente. Tanto che molti fisici teorici avevano iniziato a mettere in dubbio che la Gravità fosse una Forza fondamentale come le altre. Che, cioè, la sua natura come nel film Gravity fosse diversa, strana ed esotica come quella di un altro universo parallelo! Ebbene, oggi Kovac e colleghi hanno suonato la sveglia alla Nuova Fisica! E riportato la Gravità nel suo alveo naturale di Forza regina del nostro Universo. Gli Americani di Harvard hanno dimostrato che la possanza che spinge i corpi ad attrarsi reciprocamente è una Forza come le altre. Siccome i fisici credono fermamente che tutte le Quattro Forze Fondamentali di cui oggi si ha esperienza siano in realtà espressione di un’unica Forza originaria, il fatto che la Gravità sia una Forza come le altre, corrobora sapientemente la ricerca della Grande Teoria dell’Unificazione di tutte le Forze del Creato. Poiché Carlo Rubbia ha dimostrato empiricamente al Cern di Ginevra che l’Interazione Elettromagnetica e l’Interazione Debole sono espressioni di una Forza unica, l’Interazione Elettrodebole (dalle profonde implicazioni scientifiche e tecnologiche), oggi diventa sempre più plausibile la possibilità che prima o poi, grazie alla formulazione di una Equazione Suprema, sarà possibile unificare la Gravità con le altre tre Interazioni Fondamentali per scoprire la Forza Unica originaria della Creazione. La scoperta di Kovac e colleghi ha interessanti implicazioni anche per la Cosmologia. Le onde gravitazionali rilevate, infatti, sarebbero ciò che resta dell’Inflazione cosmica teorizzata dall’americano Alan Guth e dal russo Andrei Linde. Ovvero quel processo di crescita dello spaziotempo a velocità molto maggiori di quella della luce, che in un solo istante avrebbe portato l’Universo neonato ad espandersi di cinquanta ordini di grandezza, ossia di migliaia di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di volte. Ben oltre la velocità “warp” delle astronavi interstellari di Star Trek e Star Wars. È grazie a questo processo che il nostro Universo è caratterizzato fin dall’inizio da una sostanziale uniformità effettivamente visibile direttamente nella Radiazione di Fondo Cosmico a Microonde, emessa appena 380mila anni dopo il Big Bang, che brilla a soli tre gradi Kelvin, come osservato da terra e dallo spazio. La Teoria dell’Inflazione è stata considerata per molto tempo una speculazione speciale e surreale. Se Kovac e collaboratori hanno ragione, adesso disponiamo della prova empirica che quell’evento difficile da immaginare è realmente avvenuto. Quindi, la notizia vera è che sia i fisici teorici sia i cosmologi teorici, con le loro astruse formule matematiche, ad Harvard hanno avuto ragione. Com’è successo a Peter Higgs con il suo Bosone. E questa scoperta, per dirla alla Eugene Wigner, dimostra ancora una volta l’irragionevole efficacia della teoria e della matematica quantistica. Michio Kaku, professore di Fisica al City College di New York, autore di successo di libri e programmi televisivi mondiali a tema scientifico destinati al grande pubblico, va oltre. Nei panni del divulgatore, Kaku ama la spettacolarità. Il suo più grande bestseller è “La fisica dell’impossibile”. Ama la fantascienza, i viaggi nel tempo e il teletrasporto di Star Trek. Kaku confessa apertamente di “stare segretamente sorridendo per il fatto che i tanto osannati risultati dell’esperimento BICEP2 sembrano rendere meno folli le idee e i concetti fantascientifici” di cui parla da decenni. La firma della presenza di onde gravitazionali primordiali nella polarizzazione della Radiazione Cosmica di Fondo, rende possibili molte cose fantasticate dalla letteratura scientifica, comprese le dimensioni extra. Con le opportune verifiche e modifiche, i risultati di BICEP2 possono portare non solo a una conferma decisiva della Teoria dell’Inflazione ma, secondo Kaku, ad aprire le porte allo sviluppo di nuove affascinati teorie e tecnologie, come quella che prevede i viaggi interstellari nello spazio e nel tempo a velocità superiori a quella della luce! Fatti del futuro e sogni del presente. Dunque, non scherzi da Pesce di Aprile! “L’Inflazione rende tutto deliziosamente complesso”, osserva il fisico americano Michio Kaku, grande sostenitore dei Multiversi, una teoria affascinante e speculativa, sviluppata negli Anni Novanta del XX Secolo, secondo la quale il nostro Universo è solo uno dei tanti, magari paralleli o sovrapposti e separati da una sottilissima “brana” di fluttuante energia che magari “intrappola” quella che oggi definiamo Materia Oscura, il 24 percento del nostro Tutto, ossia l’85 percento della materia esistente nel Multiverso. Secondo Kaku i dati di BICEP2 sono il primo passo per approfondire meglio queste ipotesi. “Ora si apre un vaso di Pandora – rivela il fisico Kaku – infatti la Teoria dell’Inflazione è come un cavallo di Troia che apre e chiude la porta a molti Big Bang e Universi. È questa la natura della teoria quantistica”. Tutto è possibile. Luca Valenziano, dell’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica dell’Inaf di Bologna, spiega che “qualora confermati, i risultati di BICEP2 potrebbero implicare l’esistenza di molti universi con caratteristiche diverse che per altro potremmo non essere mai in grado di osservare direttamente”. Al di là della spettacolarità legata allo scienziato divulgatore, le osservazioni di Kaku sulle implicazioni teoriche della scoperta di BICEP2 sono dunque condivisibili, serie e decisamente preoccupanti per i nostri standard intellettuali di arroganza e presunzione terrestri. Potremmo, in definitiva, non capire mai del tutto come funziona il Creato. Un po’ come se l’Informazione amasse nascondersi, celarsi alla nostra visione, magari perché perduta nelle Stelle Nere e sbucata in quelle Bianche degli altri Universi inaccessibili. Chissà! “Uno dei problemi fondamentali della fisica contemporanea è legato al ‘fine tuning’ di alcune costanti fondamentali che rendono il nostro Universo abitabile”, rivela Valenziano. Ad esempio, l’intensità delle interazioni nucleari forti. “Se fosse leggermente differente, avrebbe portato al collasso troppo rapido delle stelle o all’impossibilità di sintetizzare gli elementi quali il Carbonio, i mattoni fondamentali della vita quale noi la conosciamo. Una delle spiegazioni è che questo sia solo uno degli Universi possibili: negli altri, generatesi anche nello stesso evento iniziale e separati tra loro da un processo di Inflazione, le leggi fisiche potrebbero non aver dato luogo alla possibilità di vita in grado di riflettere”. Esistono, tuttavia, anche altre teorie, secondo le quali ci sarebbero “leggi fisiche non ancora individuate in grado però di render conto sia della relazione tra le costanti fisiche osservate sia della grandezza di quei parametri liberi che oggi ricaviamo sperimentalmente e non possiamo dedurre da nessun principio primo”. Quale che sarà la strada giusta, il percorso sembra appena iniziato. “L’Inflazione dice semplicemente che c’è stato un botto e una rapida espansione, ma non dice cosa ha acceso la miccia – fa notare Kaku – nessuno è ancora in grado di sapere qual è l’innesco”. Il fisico americano si augura che possa essere la Teoria delle Stringhe a fornire la giusta risposta. Grazie al telescopio BICEP2 ed agli altri grandi esperimenti di Cosmologia come quello del satellite europeo Planck, i prossimi mesi potrebbero portare allo sviluppo di alcuni modelli teorici e al definitivo accantonamento di altri. “Lo studio dettagliato della Radiazione di Fondo Cosmico che è possibile dai dati di Planck – osserva Valenziano – potrà fornire ulteriori informazioni per l’interpretazione teorica delle osservazioni” di BICEP2. Non tutti gli scienziati, però, credono nel Big Bang. E non soltanto perché nessuno naturalmente lo ha mai visto! Così vicino all’origine dell’Universo come magistralmente descritto nelle Cosmicomiche di Italo Calvino, quella visione non poteva esistere per nessuna ragione al mondo! I fotoni della radiazione elettromagnetica che oggi ci forniscono la stragrande maggioranza delle informazioni sul Creato, non ce l’avrebbero mai fatta ad uscire dal denso e caldissimo Universo neonato. Sui momenti iniziali dell’unico Mondo che per ora conosciamo, il nostro creato da DIO, sarebbe cruciale sapere qualcosa di concreto, al di là della fantasia di Calvino, Roddenberry, Lucas e Spielberg, dai nostri cosmologi teorici e dai professori italiani di fisica evidentemente presi in contropiede. Forse è giunta per davvero la volta buona di cambiare le carte in tavola. Il muscoloso telescopio americano dai freddi cieli dell’Antartide ha captato, in modo indiretto, la preziosa informazione, l’araba  fenice dell’astrofisica, le onde gravitazionali. Che esistano, tutti lo dicono da un secolo, anche perché il primo a scoprirle teoricamente fu Einstein. Dove siano, tutti pensavano di saperlo, ma nessuno le aveva mai rivelate. Figurarsi direttamente. A differenza della luce, infatti, le onde gravitazionali riescono ad uscire dal rovente Universo neonato e, in un loro modo un po’ contorto, possono descrivercelo in grande dettaglio se sappiamo “leggerle”!  Ed il telescopio dell’Università di Harvard pare che ce l’abbia effettivamente fatta a captare le impronte delle onde gravitazionali mentre seguivano la velocissima espansione della materia primordiale dell’Universo, quasi 13.8 miliardi di anni fa. Troppo deboli per essere rivelate direttamente, le onde immaginate da Einstein hanno lasciato la loro traccia, il loro tremolio, nella temperatura del fondo del cielo, che dall’Antartide, il posto più freddo sulla Terra, si misura molto bene. Potrebbe essere questa la motivazione del premio Nobel: la prima evidenza sperimentale indiretta della famosa Inflazione dell’Universo, possente onda di energia esistita nelle primissime fasi subito dopo il Big Bang, che lega tutto quello che è successo prima e dopo: galassie, stelle, pianeti, umanità. Un megatsunami gravitazionale e filosofico in grado di arrivare a qualcosa di finora soltanto postulato e mai capito: come ha fatto l’Universo a diventare così grande così in fretta? La sottile linea rossa che lega il Big Bang, la Religione, la Filosofia e tutti noi, diventa così sempre più solida: il che sarebbe una bella soddisfazione, anche per chi cerca di capire cosa ci facciamo noi qui sulla Terra e talvolta se lo chiede guardando al Cielo sopra e sotto di noi. Ma se gli Americani ce l’hanno fatta, per di più guardando solo il due per cento del Cielo, lo devono forse un po’ anche agli Europei italiani che con la missione spaziale Planck hanno fornito la miglior fotografia mai scattata dell’Universo appena diventato visibile. Proprio a partire da quella gran bella immagine del telescopio Planck è stato possibile andare all’indietro e, per la prima volta, vedere l’ombra lasciata dal passaggio delle onde gravitazionali. Tremolio, tuttavia, non visto dagli Europei italiani. Perché? Ai nostri scienziati resta, comunque, la magra consolazione di sapere che quei pochi litri di Idrogeno che tutti abbiamo dentro i nostri corpi, un frammento del Big Bang primordiale, adesso sono anche un legame sempre più solido e compreso con il nostro Universo e la sua evoluzione. Non sembra, vero? Ma, indipendentemente dalla nostra età terrestre, tutti noi sulla Terra ed altrove, abbiamo quasi 14 miliardi di anni. E il fatto che li dimostriamo benissimo, è provato nella scoperta degli Americani, precisa quanto basta il categorico “5 sigma”. I quali, come Galilei, hanno saputo porre le giuste domande matematiche all’Universo. Il terremoto nella comunità scientifica internazionale è evidente. È di importanza cruciale interfacciare tutti i dati disponibili. Per sbrogliare la complessità delle leggi dell’Universo, gli scienziati sono scesi giù fino all’ultimo gradino della Scala di Planck, fino a quel 10 elevato alla meno 33 centimetri che rappresenta le Colonne d’Ercole dello spaziotempo misurabile, al livello delle Stringhe cosmiche. E una volta giunti laggiù, immersi nella schiuma spaziotemporale, dov’è altamente probabile che i quanti di spazio e di tempo siano perfettamente distinti e discreti, cioè non continui come nell’infinitamente grande, hanno scoperto che la Relatività Speciale di Einstein, in teoria valida a ogni scala, potrebbe essere una Proprietà Emergente. Il tema è di quelli più ostici e meno intuiti. Per cercare di capirne qualcosa, risaliamo qualche gradino verso l’alto, per conoscere i due esploratori dell’infinitamente piccolo protagonisti di quest’avventura in bilico tra fisica teorica e matematica: Petr Jizba, associato alla Czech Technical University di Praga, e l’italiano Fabio Scardigli, fisico da poco rientrato dal Giappone, dove ha lavorato per anni all’Università di Kyoto, e attualmente in forza al Politecnico di Milano. Insieme hanno firmato un articolo, pubblicato su European Physical Journal C, nel quale mostrano come la combinazione fra due capisaldi della fisica contemporanea, la Relatività Speciale di Einstein e la Dinamica Quantistica, sia identica da un punto di vista matematico a un sistema dinamico complesso descritto da due processi interconnessi che operino a diverse scale di energia. “Dal nostro studio risulta che la Relatività Speciale che come viene insegnato all’università è una teoria fondamentale e dovrebbe essere valida a ogni scala – osserva Scardigli – in realtà potrebbe essere una Proprietà Emergente. Quello che troviamo è che, a piccolissima scala, la Natura è ancora governata dalla fisica classica di Newton. È solo a scala più grande che recuperiamo l’azione dell’invarianza di Lorentz e quindi l’azione della Relatività Speciale: in altre parole, la Relatività Speciale vale solo quando una particella compie un cammino sufficientemente lungo”. La prospettiva di Jizba e Scardigli, concentrata sulla scala di Planck, arriva a contemplare persino l’asimmetria fra Materia e Antimateria. “Quando l’universo è nato era per definizione molto piccolo. Se fosse stato così piccolo da essere nell’ordine della scala di Planck o poco più – rivela lo scienziato – ecco che dal nostro approccio risulta che, a quell’epoca, le equazioni che governavano il mondo non sarebbero state quelle della Relatività Speciale che prevedono una così perfetta simmetria fra Materia e Antimateria. Al contrario, erano equazioni in cui questa simmetria non c’è, in cui la Materia è una cosa e l’Antimateria un’altra. Se le cose stavano effettivamente così, allora si può cominciare a capire perché c’è soltanto la Materia, invece di esserci Materia e Antimateria in parti uguali”. Tra le quattro Forze fondamentali della Natura, solo per la Gravità non è stata individuata una corrispondente unità di base, quello che viene definito come “quanto”. I fisici si aspettano che la Forza gravitazionale sia veicolata da una particella elementare, chiamata Gravitone, così come la Forza elettromagnetica è trasportata dal fotone. Sebbene esistano ragioni teoriche assai convincenti sul fatto che i Gravitoni debbano esistere, il loro palesarsi ai nostri occhi potrebbe essere fisicamente impossibile. La misura di un singolo Gravitone attraverso esperimenti costruiti sulla Terra appare ad alcuni scienziati come un’impresa senza speranza. Se è così, non resta che volgere lo sguardo verso il più grande laboratorio di cui disponiamo, l’Universo, per cercare indizi rivelatori dei Gravitoni. In uno studio recentemente pubblicato su Physical Review D, Lawrence Krauss, cosmologo dell’Arizona State University, e Frank Wilczek, premio Nobel per la fisica nel 2004, sostengono l’idea che misurare le minuscole differenze nella Radiazione Cosmica di Fondo (CMB, Cosmic Microwave Background) possa essere la strada giusta per rilevare gli effimeri effetti dei Gravitoni. Krauss e Wilczek suggeriscono che l’esistenza di Gravitoni, e quindi la natura quantistica della Gravità, possa essere dimostrata attraverso alcune caratteristiche dell’Universo primordiale. Secondo i modelli cosmologici più accreditati, nelle prime frazioni di secondo dopo il Big Bang l’Universo ha subito un’espansione estremamente rapida definita Inflazione. Se i Gravitoni effettivamente esistono, allora dovrebbero essere stati generati come fluttuazioni quantistiche durante la fase di Inflazione cosmologica. Fluttuazioni che si sarebbero evolute, con l’espandersi dell’Universo, in onde gravitazionali che distorcono lo spaziotempo nel loro propagarsi. Questo si ripercuoterebbe sul modo in cui sono state prodotte le radiazioni elettromagnetiche primordiali, di cui oggi osserviamo il residuo nella Radiazione Cosmica di Fondo, rendendole polarizzate. I ricercatori che analizzano nel 2014 i risultati definitivi del satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea sono proprio alla ricerca di questa “impronta” lasciata dall’Inflazione nella polarizzazione della CMB, cioè del tremolio rilevato da John M. Kovac e colleghi. Il lavoro di Krauss e Wilczek combina quanto già conosciuto sull’argomento con alcuni sviluppi inattesi. “Non è nuova l’idea che l’Inflazione produca onde gravitazionali – spiega Krauss – né il fatto che possiamo teoricamente calcolarne l’intensità da misure della polarizzazione del fondo cosmico a microonde. È invece nuovo l’argomento che tale misura fornirà, in linea di principio, un’inequivocabile e diretta conferma che il Campo Gravitazionale è Quantizzato. In effetti, è forse l’unica verifica empirica di questa importante ipotesi che potremmo ottenere nel prossimo futuro”. Una verifica che, nell’opinione di Krauss, è a portata di mano. “È molto probabile che la prossima generazione di esperimenti, nel prossimo decennio, o forse anche lo stesso satellite Planck, possano scorgere l’impronta del Gravitone nella polarizzazione della CMB”. La sfida è quanto mai aperta nell’analisi dei dati definitivi del telescopio europeo. “La comunità astrofisica attende con impazienza per il 2014 il rilascio dei dati in polarizzazione della Radiazione Cosmica di Fondo, osservata dal satellite Planck – osserva Alessandro Gruppuso dell’Inaf-Iasf di Bologna – tale impazienza è giustificata, tra le altre cose, dal grande interesse per i cosiddetti ‘modi B’ di questa polarizzazione. Infatti osservare tali modi B equivale a rilevare onde gravitazionali primordiali. Questo rappresenterebbe un’ulteriore conferma della Teoria inflazionaria che descrive l’evoluzione dell’Universo primordiale e prevede, a seconda dello specifico modello, una certa quantità di onde gravitazionali. In questo studio teorico, Krauss e Wilczek, utilizzando il semplice metodo di analisi dimensionale, dimostrano che tale generazione primordiale di onde gravitazionali può essere matematicamente descritta da un’equazione che contiene la Costante di Planck al quadrato, un fattore numerico che si valorizza nelle equazioni solo quando la teoria presenta comportamenti quantistici. La conclusione che gli autori ne traggono è che l’eventuale osservazione di questo fondo di onde gravitazionali potrebbe non solo convalidare la Teoria inflazionaria, ma sarebbe anche una prova ‘diretta’ della natura quantistica delle onde gravitazionali. È sicuramente interessante rivedere un effetto noto dal punto di vista quantistico suggerito dagli autori. Ma sarebbe ancora più interessante se tale effetto potesse dare supporto empirico per la costruzione di una Teoria Quantistica della Gravità, visto che, tra tutte le Interazioni fondamentali, la Gravità è l’unica che non ha ancora una descrizione quantistica”. Tutto cominciò nel 1964, quando i fisici statunitensi Arno Penzias e Robert Wilson scoprirono casualmente una debole radiazione nella banda delle microonde che proveniva in maniera particolarmente omogenea da ogni direzione del cielo, senza una sorgente apparente. Più tardi si scoprì che la sorgente è l’Universo stesso. Quella radiazione, poi battezzata Cosmic Microwave Background (CMB), ossia Radiazione Cosmica di Fondo, è la prima testimonianza elettromagnetica del nostro Universo. Una sorta di fotografia del Cosmo all’età di appena 380mila anni dopo la Creazione. Prima di quel momento, materia e radiazione erano talmente unite da rendere l’Universo completamente opaco, incapace di liberare la luce. La CMB rappresenta una prova schiacciante a favore della teoria del Big Bang, secondo cui l’Universo e lo spaziotempo avrebbero avuto un’origine cerca, all’incirca 13.8 miliardi di anni fa. Tuttavia, la CMB offre anche qualche grattacapo. Perché è così omogenea? Come mai tutte le regioni dell’Universo bambino sembrano essersi accordate per avere la stessa temperatura e quindi la stessa densità? Una possibile risposta fu proposta nel 1981 da Alan Guth, all’epoca ricercatore alla Stanford University.
L’idea di Guth è semplice. A un certo punto l’Universo iniziò a espandersi più velocemente della luce e poco dopo decellerò. Non è importante ora capire il perché fece questo. Ma in quel brevissimo periodo di espansione accelerata le dimensioni dell’Universo passarono da quelle di una particella subatomica a quella di una mela nell’arco di una frazione infinitesima di secondo! L’effetto di questo enorme “stiramento cosmico” è stato di appianare tutto, come se un centimetro cubo di aria in una stanza si espandesse fino a occuparla tutta, rendendo la temperatura e la densità uniformi in tutta la camera. Secondo la Teoria dell’Inflazione, è esattamente quanto è successo all’Universo tra circa 10 alla meno 35 secondi e 10 alla meno 32 secondi dopo il Big Bang. Per quanto l’Inflazione possa essere efficace, la densità dell’Universo primordiale non può essere completamente uniforme. Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg impone l’esistenza di fluttuazioni quantistiche ineliminabili, che l’Inflazione avrebbe amplificato e cristallizzato su scala macroscopica. Queste fluttuazioni di origine quantistica sono visibili nella CMB che infatti presenta lievissime disomogeneità dell’ordine di una parte su 100mila. Come se la superficie di una piscina profonda 10 metri avesse onde alte appena 0,1 millimetri (finora, prima di BICEP2). Grazie all’azione lenta e paziente della Gravità, da quelle perturbazioni di densità così piccole ebbero origine galassie, stelle, pianeti e quindi anche noi. Possiamo trovare tracce dell’Inflazione nella CMB? Certamente. Ed è qui che entrano in gioco le onde gravitazionali predette da Albert Einstein nella sua Relatività Generale, increspature del tessuto spaziotemporale che si propagano alla velocità della luce, comprimendo e dilatando al loro passaggio lo spazio e il tempo. Ebbene, la Teoria dell’Inflazione prevede l’emissione di grandi quantità di onde gravitazionali che nel loro viaggio cosmico possono interagire con i fotoni della CMB lasciando impressa la loro impronta. Questa impronta è proprio ciò che è stato osservato dal gruppo di BICEP2 ed è per questo che la loro scoperta rappresenta una prova inconfondibile dell’Inflazione. Ma come distinguere le perturbazioni dovute alle fluttuazioni quantistiche da quelle dovute alle onde gravitazionali? Per farlo bisogna osservare la polarizzazione della CMB, ovvero la direzione in cui oscilla il campo elettrico delle onde elettromagnetiche che costituiscono la radiazione cosmica di fondo. Le perturbazioni della polarizzazione dovute a fluttuazioni di densità “scalari”, producono pattern di polarizzazione radiali o circolari: si parla in gergo tecnico di “modo E”. Le perturbazioni dovute a onde gravitazionali “tensoriali” possono produrre modi E oppure un pattern “a girandola” chiamato “modo B”. Quello che hanno osservato Kovac e il suo team è appunto la presenza di modi B nella polarizzazione della CMB, che si può attribuire con ragionevole certezza proprio alle onde gravitazionali. Modi B nella CMB erano già stati osservati recentemente da due strumenti rivali: il South Pole Telescope (SPT) in Antartide e il PolarBEAR nel deserto dell’Atacama (Cile), ma a scale angolari più piccole di quelle necessarie per poterli attribuire ad onde gravitazionali primordiali, e compatibili invece con l’effetto del lensing gravitazionale degli ammassi di galassie. Le osservazioni di BICEP2 mostrano modi B su scale angolari dell’ordine di un grado, circa il doppio del diametro apparente della Luna piena, esattamente quello che ci si aspetta dalla Teoria dell’Inflazione. I modi B osservati da Kovac e colleghi sono molto più intensi di quanto ci si aspettasse. La “forza” della polarizzazione della CMB si descrive con un parametro che i fisici chiamano “r” e che rappresenta il rapporto tra l’intensità delle perturbazioni scalari e quelle tensoriali. Prima di questa scoperta c’era un certo consenso attorno all’idea che “r” dovesse attestarsi su un valore di circa 0,1. Le misurazioni di BICEP2, invece, sono compatibili con r = 0,2. Il doppio più intense. Secondo i fisici, questo significa che le energie in gioco al momento della produzione di queste onde gravitazionali pare fossero di circa 2 per 10 elevato alla 16ma potenza di GeV (GigaElettronVolt). Un valore enorme, circa un miliardo di volte superiore a quello ottenibile con il Large Hadron Collider (LHC) del Cern di Ginevra, il più potente l’acceleratore di particelle al mondo. Un’energia così alta, stando ai modelli fisici che vanno per la maggiore, corrisponde a una fase dell’Universo in cui le Forze fondamentali della Natura (Elettromagnetica, Nucleare Forte e Nucleare Debole, esclusa la Gravitazionale) erano unificate. Le osservazioni di Kovac e del suo team possono confermare l’idea che anche la Gravità abbia una natura quantistica. Max Tegmark, fisico del Massachussetts Institute of Technology, non ha dubbi. “Si tratta della prima prova sperimentale della Gravità quantistica”. Roba da far impallidire il professor Stephen Hawking. Si capisce dunque quanto sia elettrizzante l’attesa per i risultati finali del telescopio spaziale Planck. Ma quanto sono solide le analisi del team di Kovac? Non si tratterà, forse, delle solite “balle” della Scienza degne del Pesce d’Aprile AD 2014? Gli errori sono sempre dietro l’angolo. Da 400 anni tutto è possibile. La Scienza procede sempre allo stesso modo, per ipotesi e contraddizioni, mettendo sempre in gioco se stessa. Però chi sbaglia, paga davvero. Stando ai dati presentati la significatività statistica dei modi B osservati è pari a 5,2σ: la chance di essere in errore, ovvero, è meno di una su 3.500.000. Il punto più delicato sta nell’avere una ragionevole certezza di essere di fronte a un effetto prodotto dalle onde gravitazionali primordiali. Questo non è garantito al 100 percento, ma la zona di cielo osservata da BICEP2, battezzata “Southern Hole” dagli astronomi, è nota per essere particolarmente pulita, ovvero priva di polveri e altro materiale che potrebbe disturbare la polarizzazione della CMB. Inoltre, le caratteristiche della polarizzazione osservate sono decisamente differenti da quelle che si ottengono dall’interazione della CMB con polveri cosmiche. I dati mostrati sembrano reggere da un punto di vista statistico. Naturalmente bisognerà valutarne anche la robustezza, ovvero la compatibilità con misure indipendenti. La scoperta, in altre parole, verrà confermata solo se esperimenti analoghi daranno risultati analoghi. Secondo Marc Kamionkowski, fisico alla John Hopkins University, “si scoprirà molto rapidamente se si tratta di una scoperta corretta o fallace”. Sono molti infatti i gruppi di ricerca sparsi per il mondo pronti a ottenere misure indipendenti da quelle di BICEP2. In particolare sono attesi i risultati del satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea, lanciato nel 2009 e in grado di ottenere misure precisissime della polarizzazione della CMB. I dati di Planck sono attualmente in fase di analisi e dovrebbero essere rilasciati entro poche settimane. Insomma, la scoperta di Kovac ora attende il vaglio della comunità scientifica internazionale. C’è chi spera fortemente in questo risultato, Alan Guth in primis, e chi sta già cominciando a fare le pulci ai paper del gruppo di BICEP2. Non è da escludere che la scoperta non si riveli corretta. Il pensiero corre al Settembre 2011, quando l’esperimento OPERA al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’Infn annunciò la scoperta di neutrini superluminali con un prematuro lancio di agenzia che subito considerai molto strano, per poi verificare che la misurazione della loro velocità era affetta da un errore sistematico. Se dovesse essere confermata, però, la scoperta di Kovac e del suo team sarà cruciale per diversi motivi: per la prima volta sarà osservato un segnale prodotto appena dopo il Big Bang; questo risultato rappresenterà la prima prova osservativa indiretta della Teoria dell’Inflazione; corroborerà l’idea della Grande Unificazione delle Forze Fondamentali della Natura e in particolare del “paesaggio” quantistico della Gravità; aprirà una nuova finestra di osservazione del Cosmo, finora inesplorata, con la nascita della Nuova Fisica a base di Gravitoni e non soltanto di Neutrini. Le onde gravitazionali primordiali sono un terreno tutto da scoprire, che può fornirci informazioni fondamentali sui primissimi istanti del nostro Universo e sul suo destino finale. Per millenni, le onde elettromagnetiche sono state la sola fonte d’informazione che l’Uomo ha avuto a disposizione per studiare l’Universo. La nostra atmosfera è trasparente alla luce, quella piccola porzione dello spettro elettromagnetico con lunghezze d’onda comprese tra circa 400 e 700 nanometri, cui è sensibile il nostro occhio, e sino alla scoperta della prima radiosorgente celeste (Jansky,1932) questo era tutto quanto potevamo sperare di avere. È notevole come in così poco tempo e da così poco, una banda larga nemmeno un fattore due, abbiamo imparato così tanto, pur aiutati da geni come Einstein e da telescopi sempre più grandi con la strumentazione sempre più complessa a base di tecnologia quantistica. Abbiamo sfruttato la trasparenza dell’atmosfera alle onde radio e siamo andati a raccogliere altre onde elettromagnetiche: raggi X, gamma e infrarossi, al di sopra dell’atmosfera che li assorbe impedendoci di studiarne la provenienza cosmica con rivelatori a terra. Ogni nuova porzione dello spettro elettromagnetico che diventa disponibile per l’Astrofisica rivela qualcosa di nuovo. Ogni volta che abbiamo avuto la possibilità di guardare in maniera diversa abbiamo trovato ben di più di quanto cercavamo e soprattutto abbiamo scoperto fenomeni imprevisti e inattesi. Oggi tutto lo spettro elettromagnetico è utilizzato per studiare l’Universo. Ma non basta. Circa un secolo fa (Hess, 1912) sono stati scoperti i raggi cosmici, una nuova e diversa finestra sull’Universo che ci offre l’opportunità di studiarne le proprietà attraverso il censimento delle particelle cariche di alta energia: elettroni, protoni, ioni e, più recentemente, neutrini, che arrivano fin sulla Terra. Gli scienziati la stanno ovviamente sfruttando al meglio delle loro capacità. Un’ulteriore finestra, ancora da aprire, è rappresentata dalle onde gravitazionali che sono con noi, concettualmente, dall’inizio del tempo e dello spazio, comprese però solo nel secolo scorso grazie alla Relatività Generale di Einstein. Quante cose sono successe in 100 anni! Il potenziale delle onde gravitazionali è davvero enorme e incalcolabile dal punto di vista sociale, industriale, economico, culturale e politico. Se solo riuscissimo a rivelarle e sfruttarle! E non è che non ci proviamo. Vi sono diversi laboratori negli Stati Uniti, in Giappone, in Europa e anche in Italia, dove si trovano rivelatori che, tuttavia, non le hanno ancora rivelate direttamente. La speranza è di riuscire a rendere la strumentazione sempre più sensibile per trovare quanto si è convinti debba esistere. Vi sono anche ambiziosi progetti per costruire rivelatori da mettere nello spazio per la ricerca delle onde gravitazionali, come il New Gravitational Wave Observatory dell’Esa. Le onde gravitazionali si sono per ora manifestate solamente in maniera indiretta, attraverso il cambiamento nel periodo orbitale della pulsar binaria PSRB1913+16, perfettamente spiegato come perdita di energia per emission di onde gravitazionali, esattamente nella quantità prevista dalla Teoria della Relatività, che valse il premio Nobel per la Fisica 1993 agli americani Hulse e Taylor. Ora arriva dall’Antartide un nuovo risultato, quello di Kovac e collaboratori, atteso ma comunque da confermare, che rivela un effetto delle onde gravitazionali prodotte dall’episodio inflativo dell’espansione dell’Universo, una frazione inimmaginabile di secondo dopo il Big Bang. Un risultato che in verità ne contiene ben due: l’altra conferma indiretta dell’esistenza delle onde gravitazionali e una possibile evidenza dell’episodio inflativo introdotto da Guth e Linde all’inizio degli anni ’80 del secolo scorso per risolvere alcuni problemi della teoria del Big Bang. Questo risultato è importante perchè darà ulteriore impulso alla ricerca diretta delle onde gravitazionali, allo studio della Radiazione Cosmica di Fondo e dei modelli inflattivi, nel tentativo di capire come riconciliare tra loro Relatività Generale e Fisica Quantistica, visto che entrambe hanno ragione su tutto. Pure sui computer portatili domestici. Non mancano i “gialli” della Scienza. Da alcuni mesi la famosa Mappa dell’Universo di Planck sta facendo discutere gli scienziati: uno dei suoi nove canali, secondo i cosmologi di Princeton, potrebbe presentare un effetto sistematico. Il New York Times ci aprì il numero del 22 Marzo 2013, con la prima mappa cosmologica del satellite Planck dell’Esa, mettendola a tutta pagina sotto il celebre motto che dal 1897 riassume la linea editoriale della testata: “All the News That’s Fit to Print”. Era una notizia degna di essere trasmessa con risalto: i puntini colorati della strana immagine, presentata al mondo il giorno prima a Parigi, ritraggono il paesaggio più antico e onnicomprensivo che si possa concepire, quello dell’Universo all’alba della Creazione fotonica. Un’immagine ancora viva nella memoria del grande pubblico, con la quale, dal giorno del rilascio dei dati, si stanno confrontando centinaia di scienziati di tutta la Terra. Perché dall’unione di quei puntini emergono i parametri cosmologici: i numeri-chiave che riassumono le proprietà del nostro Universo. Una manciata di cifre sulle quali si gioca la validità o meno del cosiddetto Lambda-CDM, il Modello Standard della cosmologia. Ebbene, è proprio facendo le pulci a quelle cifre che tre cosmologi della Princeton University si sono accorti di un effetto anomalo presente nei dati ottenuti dai ricevitori di una delle nove frequenze misurate da Planck, quelli a 217 GigaHerz. Un effetto quantitativamente esiguo, ma sistematico, per usare la terminologia scientifica. Stando all’analisi “Planck Data Reconsidered”, pubblicata l’11 Dicembre 2013, di David Spergel e colleghi, eliminando dalla mappa i dati a 217 GHz si ridurrebbe anche la differenza, riscontrata da Planck, in alcuni dei parametri cosmologici rispetto a quanto ottenuto da precedenti esperimenti, in particolare dalla sonda WMAP della Nasa, la missione nella quale Spergel ha avuto un ruolo di primo piano. Lo studio dei tre scienziati di Princeton è stato ripreso due giorni dopo da Ron Cowen, sulle pagine di Nature, in un articolo che non dev’essere stato molto gradito al team europeo di Planck. A cominciare dal titolo, “Cosmologists at odds over mysterious anomalies in data from early Universe”, che tradotto suona: “Cosmologi in disaccordo su misteriose anomalie nei dati dall’Universo primordiale”. La reazione, sotto forma di commento postato sul sito della rivista, non si è fatta attendere. “Nel complesso, l’articolo potrebbe dare l’impressione che vi sia, nell’analisi di Planck, un problema di base riconducibile a errori sistematici dei dati. Semplicemente, non è questo il caso”, lamenta Jan Tauber, project scientist della sonda Esa, sottolineando come in realtà i parametri cosmologici misurati da Planck siano statisticamente compatibili con quelli calcolati da WMAP, e come la stessa analisi dei dati compiuta dal team di Spergel porti a risultati che coincidono con quelli di Planck entro un solo sigma. “Gli scostamenti riscontrati – osserva Tauber – sono probabilmente dovuti a differenze metodologiche fra la nostra analisi e quella di Spergel e colleghi, non a errori sistematici nei dati di Planck. Ed entrambe le analisi sono d’accordo sul fatto che il piccolo errore sistematico, dipendente dal tempo e riguardante un sottoinsieme dei dati a 217 GHz, che abbiamo riportato nelle versioni rivedute degli articoli di Planck 2013, ha sui risultati cosmologici di Planck un impatto ridotto”. Oggi, alla luce dei risultati di BICEP2, capire in dettaglio l’origine e la portata del problema, è fondamentale. “Al momento siamo molto cauti nel trattare questo esiguo effetto sistematico a 217 GHz, a una scala angolare corrispondente a multipoli l=1800. Con alta probabilità – spiega Nazzareno Mandolesi, responsabile di uno dei due strumenti a bordo di Planck, per le frequenze inferiori ai 100 GHz, dunque non quello direttamente coinvolto nella vicenda – la causa non va ricercata in sistematiche di origini astrofisiche, che seguono leggi di potenza. Bensì in un effetto strumentale caratteristico dell’accoppiamento fra le componenenti termiche e bolometriche (a 217 GHz) dello strumento Planck. Al livello di precisione in cui siamo è difficile individuare con esattezza il meccanismo di questi piccolissimi effetti strumentali, che sono presenti in quantità nelle missioni satellitari”. Riguarda il solo canale a 217 GHz o potrebbe coinvolgere anche i rivelatori di altri canali? “Abbiamo effettuato centinaia di test e simulazioni e non abbiamo evidenze del ripresentarsi dello stesso effetto, identificato da noi stessi, in altre bande di frequenza”. L’impatto sui parametri cosmologici sembra essere praticamente nullo. Alla luce della versione rivista dei parametri, cambiano forse i valori dell’età dell’Universo? A Marzo 2013 era salita a 13,82 miliardi di anni e la torta dei suoi ingredienti era così costituita: Materia Ordinaria (4.9 percento), Materia Oscura ritoccata al rialzo (26.8 percento) ed Energia Oscura ribassata al 68.3 percento. “Come scritto nelle pubblicazioni del 2013, non è importante il valore centrale dell’intervallo di confidenza dei parametri cosmologici, ma proprio quest’ultimo, ovvero l’errore associato alla misura centrale, come in ogni dato sperimentale in fisica. Non c’è bisogno di ripetere i valori dei principali parametri cosmologici, perché sono già scritti, assieme all’intervallo di confidenza, nel quale i valori ricadono, nelle pubblicazioni di Planck del 2013”. Spergel sottolinea come la loro analisi sia stata condotta sulle mappe, perché i dati temporali dai singoli rivelatori non sono ancora pubblici. Lo saranno, con il rilascio previsto per il 2014? “L’analisi sulla base delle linee temporali dei vari rivelatori è molto più complessa e profonda di quella che Spergel ha attuato, e per questo motivo siamo confidenti della sua fondatezza, e confortati dal vederne i risultati confermati dall’analisi proprio di Spergel et al. La Collaborazione Planck sta lavorando a pieno ritmo per arrivare nei tempi più stretti alla pubblicazione delle linee temporali dei singoli rivelatori, comprese le componenti polarizzate di tutti i dati raccolti. Abbiamo, in aggiunta ai dati 2013, il doppio di osservazioni per lo strumento HFI e il triplo per lo strumento LFI. L’analisi è molto complessa e richiede test e simulazioni appropriate, e ripetute indipendentemente da gruppi di lavoro diversi, per mettere in risalto eventuali minuscoli effetti sistematici. Non c’è alcun errore nell’analisi dei dati pubblicata dalla Collaborazione Planck: al contrario, le analisi indipendenti in atto, compresa quella di Spergel, ‘confermano tutto’ nell’intervallo di confidenza da noi dato nelle pubblicazioni del 2013, inclusi ovviamente i principali parametri cosmologici. Il clamore di questa notizia è probabilmente dovuto all’interpretazione data alle parole usate dalla rivista Nature nei titoli di testa di questa analisi: “Planck data reconsidered” non significa infatti “non corretti”, ma appunto, riconsiderati per l’analisi che conferma quella effettuata da Planck per le pubblicazioni del 2013”. È una stagione eccitante, questa, per chi si occupa di grandi questioni cosmologiche. Basta scorrere i titoli che, quotidianamente, s’avvicendando su astro-ph.co, la sezione di “arXiv” dedicata alla cosmologia, per rendersi conto dei dubbi e del subbuglio provocato fra gli scienziati dai risultati di BICEP2. E della varietà di termini esotici utilizzati. Due sono fra i più in voga: Quintessenza ed Energia Fantasma. Sembrerebbero usciti dal film Man of Steel di Zack Snyder sulla Propulsione Fantasma utilizzata dal nuovo Superman, da un manuale alchemico e da un bestiario medievale. Nulla di più errato. I teorici del Big Bang li usano con disarmante disinvoltura per descrivere diverse ipotesi sulla natura dell’Energia Oscura, insieme ad espressioni altrettanto lontane dal senso comune quali Costante Cosmologica ed Energia del Vuoto. Quale sarà la parola corretta? Un articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, oltre a illustrare le conclusioni dei due autori, offre l’occasione per addentrarsi in questo groviglio di definizioni ed assaggiare la complessità della cosmologia contemporanea. I due autori, Spyros Basilakos e Joan Solà, dall’Università di Atene il primo e da Barcellona il secondo, analizzando l’equazione di stato dell’Energia Oscura, a fronte dei dati raccolti dalle missioni spaziali WMAP e Planck, hanno dedotto che “l’Energia Oscura, secondo noi, non è né Quintessenza né Energia Fantasma. Ciò che diciamo, nel nostro articolo, è che siamo di fronte a una sorta di miraggio: ha le sembianze della Quintessenza o dell’Energia Fantasma, ma in realtà – osserva Joan Solà – è Energia del Vuoto Dinamica. E dinamica nel senso che varia nel tempo, a differenza di quanto ipotizzato dal vecchio modello della Costante Cosmologica”. La Quintessenza alla quale si riferiscono i due cosmologi è una forza di Gravità al contrario che invece di attrarre, respinge. Dunque una Forza fondamentale nuova, la quinta, che sembrerebbe cascare a fagiolo per spiegare l’espansione accelerata del nostro Universo e, di conseguenza, la natura dell’Energia Oscura comunemente additata come responsabile di quest’accelerazione. Nomen omen. Ma se il problema è spiegare l’accelerazione, gli scienziati non hanno che l’imbarazzo della scelta. Supponiamo, per dire, che esista una forma d’energia, o meglio un campo, la cui densità aumenta con il passare del tempo. Ed ecco che abbiamo quell’entità felicemente battezzata Energia Fantasma: una Super Energia Oscura con “w”, un parametro dell’equazione di stato, inferiore a meno uno. Ovvero in grado di produrre un’accelerazione addirittura esponenziale, tale da condannare il nostro povero Universo a un destino né infernale né glaciale bensì lacerante quanto il Big Rip, il Grande Strappo nel tessuto dello spaziotempo. La famosa “terza profezia”! Troppo doloroso? Proviamo allora con una quarta ipotesi, quella caldeggiata da Basilakos e Solà. L’Energia Oscura come Energia del Vuoto Quantistico dinamica che variando nel tempo mimerebbe, ingannando i cosmologi, il comportamento della Quintessenza o dell’Energia Fantasma. “Può aumentare o calare: al momento non è possibile dare una risposta – osserva Solà – alcuni modelli sarebbero in accordo con un valore dell’Energia Oscura che diminuisce leggermente nel tempo, ma il livello di precisione raggiunto dalle misure attuali non è ancora sufficiente a permetterci di distinguere fra le due possibilità”. L’articolo di Basilakos e Solà è uscito a Febbraio 2014, poche settimane prima dell’annuncio giunto da Harvard sui risultati di BICEP2 circa gli istanti immediatamente successivi al Big Bang. Risultati compatibili con le ipotesi di questo studio o che potrebbero inficiarle. “Stiamo per pubblicare un articolo nel quale mettiamo a confronto il nostro modello con i dati di BICEP2 – rivela Basilakos – ma posso già dire che otteniamo un valore di r compatibile, entro un sigma, con quello da loro misurato”, riferendosi a quell’oramai mitico “tensor-to-scalar ratio” che misura l’ampiezza delle onde gravitazionali primordiali. Nel frattempo è giunta l’ora di fare le pulci alla Scienza made in Italy. Ogni due anni il National Science Board della National Science Foundation (NSF), l’Agenzia federale che finanzia la ricerca scientifica negli Stati Uniti d’America, pubblica un lungo e approfondito rapporto, Science & Engineering Indicators, che, numeri alla mano, fa il punto sullo sviluppo della scienza, dell’educazione scientifica e della innovazione tecnologica nel Paese, arricchendolo di analisi comparate con il resto del mondo. Un intero capitolo del Rapporto, in genere il sesto, è dedicato alle ricadute economiche della ricerca scientifica. Nell’edizione 2014, appena pubblicata, il sesto capitolo si sofferma sull’Economia Globale della Conoscenza, dandocene una definizione precisa e delineandone l’incidenza. Secondo gli esperti della NSF, le imprese KTI ad alta intensità di conoscenza scientifica e di tecnologia, nel 2012 hanno fatturato oltre 19.500 miliardi di dollari, pari al 27 percento del Prodotto interno lordo (Pil) mondiale. Quindi oltre un quarto della ricchezza prodotta nel mondo ogni anno si fonda sulla ricerca scientifica e sullo sviluppo tecnologico che ad essa fa capo. L’incidenza dell’economia KTI tocca il 30 percento in Europa, Giappone e Corea del Sud, e raggiunge il picco del 40 percento negli Stati Uniti. I dati si riferiscono all’anno 2012, ma sono stabili da una decina di anni. Altro che distruzione del Senato della Repubblica Italiana per non si sa quale oscuro presagio infausto di decadenza giuridica, morale, politica, economica e sociale! Perché la stabilità di quelle cifre ha un suo significato preciso. La NSF specifica cosa intende per imprese KTI. Si tratta della somma di dieci settori, cinque di servizi, KI (Knowledge Intensive) e cinque di industrie HT (High Technology). Per la precisione, i cinque settori dei servizi ad alto tasso di conoscenza aggiunto sono tre prevalentemente privati (affari, commercio, tecnologie dell’informazione e della comunicazione) e due prevalentemente pubblici (salute, educazione). I cinque settori manifatturieri HT sono: aeronautica ed aerospazio, comunicazione e semiconduttori, computer, strumenti scientifici, farmaci. Il settore dei servizi KI produce nel complesso il 25 percento del Pil  mondiale, ovvero 18.000 miliardi di dollari. In particolare il 16 percento, pari a 11.500 miliardi di dollari, è dovuto ai tre servizi prevalentemente privati, mentre il 9 percento, pari a 6.500 miliardi di dollari, è dovuto ai due servizi prevalentemente pubblici. La spesa in R&S (Ricerca scientifica e Sviluppo tecnologico) ammonta a circa 1.500 miliardi di dollari, ovvero al 2 percento del Pil globale ed è contabilizzata nel settore affari, commercio, tecnologie dell’informazione e della comunicazione. Mentre i cinque comparti delle industrie manifatturiere considerati dalla NSF producono relativamente poco: 1.500 miliardi di dollari, pari al 2 percento del Pil globale. I cinque settori dell’industria manifatturiera considerati dalla NSF non sono certo gli unici ad alto tasso di conoscenza aggiunto. Gli stessi esperti dell’Agenzia americana sottolineano che esistono altri comparti ad alto tasso di conoscenza scientifica aggiunto, raggruppati negli ATP (Advanced Technology Products) come quello dei materiali avanzati, delle biotecnologie, dell’elettronica, delle manifatture flessibili, delle scienze della vita, dell’optoelettronica, del nucleare civile e delle armi. Ad esempio, le sole biotecnologie verdi applicate all’agricoltura producono ricchezza per almeno 150 miliardi di dollari l’anno, secondo lo ISAAA, acronimo di International Service for Acquisition for Agri-biotech Applications. L’analisi della NSF consente di interpretare la tendenza alla crescita dell’economia KTI. Fino all’inizio del decennio scorso, l’incidenza della KTI sull’economia globale è cresciuta rapidamente. Da almeno un decennio quest’incidenza è sostanzialmente stabile. Ma poiché la gran parte della crescita economica nel mondo, in questi ultimi dieci anni, è dovuta a quella dei Paesi a economia emergente, è chiaro che l’economia KTI è cresciuta in questi Paesi a un ritmo almeno pari a quello dell’economia complessiva. Ormai rappresenta il 19-21 percento del Pil in Cina, in India e in Brasile. Ma, tra i Paesi a economia emergente, quello con la più alta intensità KTI è la Turchia, pari al 23 percento del Pil. L’Economia della Conoscenza è un fenomeno sempre più globale e competitivo. Dunque, è un affare. Lo testimonia il fatto che la Cina, col 24 percento del mercato di contro al 27 percento degli Stati Uniti d’America, è diventato il secondo produttore mondiale e il primo esportatore di beni HT. E che anche nei servizi KI, ormai, i Paesi a economia emergente stanno raggiungendo livelli altissimi. La stessa Cina, con l’8 percento della produzione totale, contende al Giappone il terzo posto nella classifica mondiale, dopo Stati Uniti d’America al 32 percento e Unione Europea al 23 percento. L’Economia della Conoscenza che fa capo alla sola ricerca scientifica, nel mondo produce ormai un terzo della ricchezza globale! Essa sta velocemente penetrando nei Paesi a economia emergente ed è destinata ad aumentare nei prossimi anni.
In Italia quella KTI è pari al 25 percento del Pil. Cinque punti in meno della media europea. Inferiore alla media mondiale. L’Italia può continuare a restare ai margini dell’Economia della Conoscenza? No. La scoperta delle onde gravitazionali primordiali poteva essere tutta europea! L’Italia, patria della Fisica, non può assolutamente permettersi di restare ai margini della Civiltà della Conoscenza perchè, come disse Eduardo De Filippo, “essere superstiziosi è segno di grande ignoranza, ma non esserlo porta male”. E questi numeri chiaramente dipingono un’Italia decadente che invecchia, crolla, scaccia i giovani, rinnega la vita e rifiuta il futuro.

© Nicola Facciolini