“E uscimmo a riveder le stelle”: il metodo scientifico in astrofisica

La scienza, o quantomeno la fisica – visto che ormai “scienza” è un termine abusato e usato a sproposito –  è basata sul metodo scientifico. Ciò significa che, osservando la natura, si crea un modello matematico che ne spieghi i fenomeni e possibilmente ne preveda altri. Questo modello viene chiamato anche teoria e viene provata e falsificata da prove comunemente dette esperimenti.

Ecco allora che si spiega l’esistenza di certi laboratori, come quelli del CERN, dove vengono utilizzate macchine in grado di creare i fenomeni predetti dalle più avanzate teorie di fisica nucleare.

In astrofisica, cioè nella disciplina che applica la fisica ai fenomeni celesti, questo non è possibile!

Infatti, le condizioni osservate in cielo non si possono ricreare in laboratorio e, nonostante certe bufale che troppo spesso si sentono in TV, non è nemmeno troppo difficile capire il perché. Non avendo la possibilità di studiare in laboratorio un buco nero o una stella di neutroni (termine che il correttore automatico mi corregge in “negroni” ????), l’astrofisica fa… Di necessità virtù.

L’unico modo per avere una conferma di una teoria in astrofisica è, quindi, osservare il cielo in cerca di ulteriori fenomeni che la confermino o smentiscano. L’osservazione del cielo costituisce, così, il punto di partenza per la formulazione di una teoria, ma è anche l’ultimo anello della catena, cioè rappresenta il banco di prova per la teoria stessa.

Un buon lavoro di ricerca in astrofisica, dunque, deve per forza passare per il cielo, sia che si tratti di qualcosa di già noto che funge da base per un nuovo modello sia che si tratti di qualcosa di nuovo che deve essere spiegato.

Il discorso è ulteriormente complicato dalla multispettralità dei fenomeni, come spiegato anche nel nostro articolo precedente. Infatti, a causa del fatto che le sorgenti emettono radiazione elettromagnetica in diverse bande dello spettro, occorrono modelli sempre più sofisticati che ne spieghino i fenomeni e, allo stesso modo, osservazioni sempre più dettagliate ed ad ampio spettro per verificarle.

E’ interessante notare come alcune volte tra l’osservazione e la teoria ci siano anni di “distanza”. Ad esempio, il fondo cosmico a microonde venne teorizzato da Gamow 20 anni prima che venisse rivelato da Penzias e Wilson (per caso… ) e ne venisse misurato lo spettro di corpo nero (con mirabile precisione) da FIRAS oltre 40 anni dopo. O ancora, è dagli anni ‘30 del secolo scorso che abbiamo evidenza dell’esistenza della materia oscura, ma ancora nessuna delle molte teorie che sono state formulate è stata validata.

Lo spettro della radiazione di fondo misurato dal COBE è la misurazione più precisa di corpo nero in natura. La curva teorica si sovrappone pressoché esattamente ai punti dei dati reali comprensivi delle barre di errore standard. [di Quantum Doughnut, Wikipedia]

Lo stesso Einstein introdusse la famosa costante cosmologica nelle sue equazioni per “compensare” la naturale espansione dell’universo che derivava dalle soluzioni delle equazioni di Freidmann.

Salvo poi venire disatteso appunto dall’evidenza sperimentale dell’universo in espansione, che fece mettere nel cassetto l’idea di una costante cosmologica. Questo “cassetto” è stato riaperto, poi, negli anni ‘90 per introdurre in queste equazioni la cosiddetta energia oscura, che sta facendo accelerare l’espansione cosmica, come da evidenze osservative.

Olisticamente, trovo molto affascinante questa visione circolare dell’astrofisica che parte dal cielo per trovare spiegazione a tutto ciò che lo popola fino a ritornarvici per averne conferma. Non si pensi, però, a un sistema chiuso e stagno: l’astrofisica si nutre di fisica e di osservazione, e ogni nuova scoperta di fisica potrebbe in futuro trovare un’applicazione “celeste”!

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Sebastiano Spinelli Phd in Fisica e Astronomia. Lavora in un’azione ottica, in particolare nel reparto di produzione delle ottiche. Papà a tempo pieno con la passione della fotografia e la divulgazione (tra le tante).

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