IL LABIRINTO ANTROPICO

PARTE 4

9 WAP E SAP I: BRANDON CARTER

La terminologia antropica e le prime definizioni esplicite di WAP e SAP furono ufficialmente introdotte in occasione del sessantatreesimo simposio dell'Unione Astronomica Internazionale che si tenne a Cracovia dal 10 al 12 settembre del '73. Quel congresso, dedicato al confronto fra teorie cosmologiche e dati osservativi, costituì anche l'occasione per celebrare il cinquecentesimo anniversario della nascita di Copernico.
Una delle sezioni del simposio, presieduta da Wheeler, fu dedicata alla "struttura delle singolarità". La presenza di Hawking e Carter in tale sezione appare ovvia se si pensa ai fondamentali risultati stabiliti da entrambi con le loro ricerche sulle singolarità in cosmologia e le proprietà globali dello spazio/tempo nella seconda metà degli anni sessanta e sulle proprietà dei buchi neri nei primissimi anni settanta.
Hawking ribadì in tale sede che "l'isotropia dell'Universo è una conseguenza della nostra esistenza" e che, pertanto, la "sola 'spiegazione'" dell'isotropia osservata dell'universo era quella basata sui suggerimenti di Dicke e Carter [142a].
Wheeler fece quindi il punto della situazione e delle prospettive aperte dalle "considerazioni di Hawking, Dicke e Carter". A suo avviso infatti queste rimandavano a "un soggetto così interessante" quale

the question whether man is involved in the design of the Universe in a much more central way that one can previously imagine [142b].

Può sembrare paradossale che Carter, nel rivolgersi a un audience riunitosi per offrire il proprio "tributo al creatore della prima teoria scientifica", cominciasse il prorio intervento - che, proprio per questo motivo è stato definito una "messinscena memorabile" dallo storico della scienza Stanley Jaki [143] - affermando:

Prof. Wheeler has asked me to say something for the record about some ideas that I once suggested (at the Clifford Memorial meeting in Princeton in 1970) and to which Hawking and Collins have referred ... . This concerns a line of thought which I believe to be potentially fertile, but which I did not write up at the time because I felt (as I still feel) that it needs further development.
However, it is not inappropriate that this matter should have cropped up again on the present occasion, since it consists basically of a reaction against exaggerated subservience to the 'Copernican principle' [144].

Il "principio copernicano" a cui si fa qui riferimento ha comunque ben poco a che fare con le idee dell'autore del De revolutionibus orbium caelestium. Riguarda piuttosto quel criterio, accettato "da tutti gli uomini di scienza", che invita a non assumere, in maniera antropocentrica, che la Terra si trovi "in una posizione centrale e favorita" [144a].
Carter aveva ripreso la denominazione dal manuale di Bondi, Cosmology, dal quale - fra l'altro - sono estratte le parti fra virgolette delle righe precedenti.
Negli anni settanta il problema della relazione fra le osservazioni della struttura di larga scala dell'universo e il ruolo empiricamente non controllabile degli assunti ideali che erano alla base dell'usuale approccio alla cosmologia assunse via via un'importanza sempre maggiore. Il congresso di Cracovia costituì a tale proposito una tappa importante.
Si stava infatti gradualmente acquistando una sempre maggiore consapevolezza del problema della verificabilità in cosmologia. Le osservazioni di regioni lontane sono necessariamente effettuate da una sola postazione all'interno dell'universo e limitate esclusivamente a quello che, in relatività generale, è detto il nostro "cono di luce passato" e da altri tipi di orizzonti. L'esistenza di limiti intrinseci alle nostre osservazioni comportano che qualsiasi modello cosmologico (che specifica anzitutto la geometria di uno spazio-tempo e le linee d'universo che descrivono il moto medio della materia) risulti, in ultima analisi, "alla mercé degli assunti che facciamo" [144b].
George Ellis, forse più di ogni altro, ha insistito sul fatto che tali assunti sono "principi filosofici" o "miscele ideologiche" (admixtures of ideology) e ha promosso un programma di cosmologia osservativa che ha lo scopo di bilanciare, su basi strettamente descrittive, l'usuale approccio teorico di costruzione di modelli [144c].
Se l'inosservabilità di regioni lontane determina la "non verificabilità" degli assunti cosmologici, la disomogeneità osservata dell'universo su scale inferiori a cento megaparsec propone tutta una serie di problemi aperti divenuti centrali nel dibattito cosmologico più recente. Domande del tipo "Come conciliare la disomogeneità e l'anisotropia rivelata dalle surveys sulla distribuzione delle galassie con l'isotropia della radiazione cosmica?", "Su quale scala l'assunto di omogeneità spaziale comincia a rappresentare un'adeguata idealizzazione?" sono diventate sempre più importanti negli ultimi anni e si configuravano come cruciali già nel 1973 [144d].
L'intervento di Carter a Cracovia va pertanto letto anche in questa prospettiva, ed è anzitutto necessario comprendere l'accezione del termine "principio" al quale egli fa riferimento. Carter infatti tende a sottolineare che la validità di un principio, al contrario di quella di una legge, non può essere decisa "a posteriori, su una base empirica" [144e].
A proposito del "principio copernicano" - a parere di Carter - vi era "sfortunatamente" stata una "forte (e non sempre subcosciente) tendenza" a estendere in maniera dogmatica il contenuto fondamentale della lezione di Copernico [144f].
La rottura con l'antropocentrismo propugnata da quest'ultimo, scriverà retrospettivamente Carter:

was entirely justified by the goal of scientific objectivity, but it soon came to be carried unduly far as people came to the point of advocating the opposite extreme point of view, consisting in the assumption that our own situation in the Universe is not in any part privileged, but is typically representative in a Universe that is entirely homogeneous apart from minor local fluctuations. This extreme antithesis of the anthropocentric outlook was most dangerous as a source of biased thinking when it was adopted subconsciously [144g].

La versione "più estrema" del dogma copernicano era consistita nel principio cosmologico perfetto di Bondi e Gold; ovvero nell'"ipotesi" secondo la quale "l'universo presenta lo stesso aspetto da ogni luogo in ogni tempo" [144h]. L'enunciato di Bondi e Gold ampliava l'usuale principio cosmologico (cioè l'assunto che l'universo è spazialmente omogeneo) e conduceva a postulare un universo "omogeneo e stazionario nella sua costituzione di larga-scala così come nelle sue leggi fisiche" [144i].
Con in mente l'argomento di Dicke sull'"epoca dell'uomo", Carter notava che l'adesione incondizionata al dogma copernicano promossa dai cosmologi della scuola razionalista diveniva "chiaramente insostenibile" se si considerava: "a) che condizioni particolarmente favorevoli (di temperatura, ambiente chimico, ecc...) sono prerequisiti per la nostra esistenza, e b) che l'universo evolve e non è in alcun modo omogeneo su scala locale" [144j].
Tutto ciò lascia intendere che il pericolo di cadere nel dogmatismo, quantomeno in nuce, è presente ogniqualvolta ci accingiamo a semplificare un problema tramite un "principio di omologia".che ci invita a non introdurre "asimmetrie inutili".
Sulla base di un criterio di semplicità si può essere infatti spinti a compiere un abuso pregiudiziale dell'ipotesi di omologia e a ritenere che la nostra posizione spazio/temporale, oltre a non essere centrale, non debba essere considerata in alcun modo particolare o privilegiata. L'appello a un principio razionale di estrema simmetria può condurre, come nel caso dei cosmologi dello stato stazionario, a gravi errori.
Su queste basi Carter propone quindi il WAP come un principio metodologico che vale per tutta l'attività scientifica e che - come in seguito ebbe modo di scrivere - costituisce:

a warning to astrophysical and cosmological theorists of the risk of error in the interpretation of astronomical and cosmological information unless due account is taken of the biological restraints under which the information was acquired [145].

Diversi anni dopo il congresso di Cracovia, l'autore sosterrà che considerare gli effetti di selezione che influenzano le osservazioni è di fondamentale importanza se si vuole avere un'idea chiara di cosa significhi giudicare, in accordo con il rasoio di Occam, la relazione fra le osservazioni e le opzioni teoriche a disposizione. In particolare: un principio di simmetria o di omologia non deve costituire un pregiudizio "contro la possibilità di un'asimmetria intrinseca fra ciò che è osservato o osservabile e ciò che non lo è" e, pertanto, va bilanciato con un criterio supplementare come il WAP [146].
Nel 1973 Carter afferma che Dicke aveva fornito una "buona illustrazione" dell'uso del WAP, mostrando come la teoria "convenzionale" [147] (cioè: "la teoria fisica standard in connessione con il modello dell'universo ortodosso del big bang caldo" [147a]), dove G non varia, è appropriata e in grado di "predire" la coincidenza fra a_G^-1 e [(m_pc²H₀^-1)/h)].
Il fisico di Princeton aveva però trascurato un'"alternativa anch'essa possibile a priori". Ovvero l'eventualità secondo la quale, nel caso di un universo chiuso, l'età dell'universo adesso potrebbe già essere paragonabile, in ordine di grandezza, alla "durata totale della sua vita" [148].
Siccome quest'ultima doveva ovviamente risultare maggiore o paragonabile all'ordine di grandezza caratteristico dei due termini a_G^-1 e [(m_pc²H₀^-1))/h)] diveniva possibile avanzare un esempio di "predizione basata su quello che può essere denominato il principio antropico 'forte'" e indicare:

... a fairly severe restriction not merely on our location within the Universe but on one of the fundamental parameters of the Universe itself (in this case its lifetime t) [149].

Carter concentra la propria attenzione su due parametri cosmologici che, secondo il modello standard, costituiscono delle costanti in ogni universo chiuso che sia uscito dalla fase dominata dalla radiazione. Questi sono: h º n_b/T³ (il rapporto fra il numero dei barioni e la terza potenza della temperatura di corpo nero) e K/T² (dove K è la curvatura scalare delle sezioni spaziali omogeneee).
Fra questi due parametri, l'età dell'universo e il valore delle costanti fondamentali esiste una relazione che consente di porre dei v incoli. L'ipotesi di chiusura impone un limite superiore a K/T² (che si riflette nella relazione K/T² £ (h²/m_p)^1/3m_p³) [150]. Per ottenere un limite inferiore Carter invoca il fatto che le "galassie (la cui esistenza è presumibilmente necessaria per la formazione delle stelle e quindi della vita) sono formate da condensazioni, a partire da fluttuazioni di densità relativamente piccole di uno sfondo altrimenti omogeneo" [151].
Poichè il disaccoppiamento fra materia e radiazione richiede nel modello standard un abbassamento di T sotto la soglia fissata dall'energia di ionizzazione di Rydberg [152], è fissata una condizione stringente che conduce alla disuguaglianza [-(K/T²) « (e⁴m_e)(n_b/T³)m_p] e dipende dalla grandezza assegnata alle fluttuazioni iniziali.
Seguendo queste argomentazioni, Carter conclude che la "famosa relazione di Eddington" fra la radice quadrata del "numero delle particelle dell'universo visibile" e il valore di a_G^-1 è "prevedibile" nell'ambito della "teoria ortodossa". Ciò è ancora una volta interpretato come una testimonianza contraria all'"introduzione di teorie fortemente non convenzionali come quelle di Dirac e Eddington" [153].
Tale conclusione comporta però di accettare (almeno per quelle coincidenze che già nel '70 Carter aveva definito di categoria III) l'idea di un Universo "confezionato su misura", con valori dei parametri fondamentali adatti a consentire la "creazione di osservatori" ad un certo stadio del suo sviluppo.
Neppure lo stesso Carter ritiene che il ricorso al SAP (al quale associa il motto: Cogito ergo mundus talis est [154]) sia "completamente soddisfacente dal punto di vista di un fisico".< br> Mentre una "predizione" basata soltanto sul WAP può infatti condurre ad una "spiegazione fisica completa", una predizione basata sul SAP, anche se "del tutto rigorosa", non esclude la possibilità e la "desiderabilità" di "una teoria fondamentale più profonda" (ad esempio: la teoria della "struttura machiana ... sottostante l'ordinaria teoria gravitazionale" prospettata da Sciama e da Dicke) in grado di render conto delle relazioni predette [155].
Il SAP rimanda insomma a un approccio molto più speculativo del WAP e Carter insisterà sempre nel non dirsi pronto, nonostante l'"entusiasmo" provocato "in certi ambienti", a difendere il principio forte "con lo stesso grado di convinzione meritato dal suo analogo 'debole'" [156].
È importante sottolineare, ad ogni modo che né Carter, né Collins e Hawking, propongono una "spiegazione" di tipo teleologico. L'uso del principio antropico in ogni sua forma da parte di questi autori rimanda, nonostante l'uso insistente del termine "spiegazione", al "desiderio di preservare la cosmologia standard del big bang tramite l'impiego di un effetto di selezione" [157].
Almeno nelle varie applicazioni proposte negli anni settanta, il principio antropico - come ha notato John Earman - non ha mai preteso di sostituirsi ad una spiegazione, anche quando il termine "spiegazione" è stato, malgrado tutto, chiamato in causa.
Va inoltre notato che, dagli esempi di predizioni basate sul SAP forniti da Carter a Cracovia, è possibile riconoscere due versioni non coincidenti del SAP: un "SAPa", che non chiama in causa una variazione delle costanti che regolano le interazioni fondamentali e un "SAPb" che - come sarà esposto in seguito - invece è incentrato proprio sul confronto del nostro universo con mondi in cui alcune delle costanti d'accoppiamento possiedono valori differenti [157a].
Il "SAPa", a cui anche fanno riferimento anche Collins e Hawking, implica una collezione di universi teorici possibili, di esiti alternativi delle equazioni di Einstein legati a condizioni iniziali diverse e manifestantisi in proprietà espresse da parametri cosmologici caratteristici; ma non prende in considerazione la modifica di una caratteristica che, come a_G^-1, è da considerarsi immutabile in relatività generale.
L'idea di "un insieme di universi" caratterizzati non solo "da tutte le possibili combinazioni di condizioni iniziali" ma anche delle costanti fondamentali è, d'altra parte, presentata da Carter proprio allo scopo di "promuovere" una "predizione" basata sul SAP "allo status di una spiegazione" [158].
In momenti diversi, Carter tratterà la concezione secondo la quale "possono esistere molti universi, dei quali solo uno può essere da noi conosciuto", come un'ipotesi "non particolarmente plausibile", un'idea "filosoficamente indesiderabile" o un'"ultima risorsa" filosoficamente possibile ma da considerarsi solo in mancanza di un "argomento fisico più forte" [159]. Nel '73, una volta ribadito che l'esistenza di osservatori può essere possibile solo in un particolare sottoinsieme conoscibile di una collezione di mondi, egli aggiungerà che:

A prediction based on the strong anthropic principle may be regarded as a demonstration that the feature under consideration is common to all members of the cognizable subset [160].

Come accennato in precedenza, Carter aveva messo sin dal 1967 in evidenza la criticità del valore della costante gravitazionale nei confronti di quella di struttura fine a ai fini della divisione qualitativa fra stelle giganti blu (in cui l'energia è trasportata radiativamente) e nane rosse (in cui domina il trasferimento convettivo). Dalla connessione fra quella sua analisi e l'idea di cognizability risultavano scenari in cui una piccola variazione di a_G^-1 comportava o universi in cui la gravità è di poco più forte e le stelle sono tutte giganti blu che consumano velocemente le loro riserve di idrogeno morendo prima che la vita possa nascere; oppure universi dove, viceversa, la gravità è più debole e le stelle sono tutte nane rosse, troppo piccole e fredde per consentire la vita.
Questi mondi alternativi non godono della proprietà di essere conoscibili. Negli universi che godono di tale proprietà (e il nostro Universo ne gode) DEVE esserci una vita che conosce. In altre parole: la nostra esistenza impone vincoli alla struttura dell'universo.
Carter, ad ogni modo, diffida da interpretare il SAP come un "principio di realtà", polemizzando apertamente con chi - come il "filosofo Gale" - ha a suo avviso frainteso che "la scienza non è interessata alla verità sottostante, ma più modestamente (e, per i propri criteri, più felicemente) a fornire la descrizione dell'apparenza più semplice, coerente e comprensiva possibile" [161].
In tempi recenti Carter ha poi affermato di avere, con l'introduzione del SAP, ceduto alla tentazione di immergere un sistema tipicamente "confinitivo" come l'Universo, la cui unicità contraddistingue il carattere peculiare della cosmologia, in un sistema "infinitivo" di livello "puramente teorico". Da questo punto di vista il SAP aspira alla ricerca di una comprensione teorica più generale tramite il riferimento a un "sistema concettuale di universi", ma non consente di ottenere "alcuna informazione generale di tipo sperimentale e osservativo" [162].
La pubblicazione dell'intervento di Carter nel 1974 apre (o meglio consolida) la strada a una lunghissima serie di lavori di "fisica qualitativa". Fra questi quelli di Victor F. Weisskopf nel '75, Joseph Silk nel 1977, Bernard Carr e Martin Rees nel 1979, Euan J. Squires nel 1981, William Press e Alan Lightman nel 1983 [163].
Già lo stesso Carter, d'altra parte, propose di considerare "restrizioni a priori sui parametri fondamentali della fisica nucleare" [164]. Nel '70 a Princeton egli si soffermò su una serie di coincidenze che coinvolgono (oltre alla carica elementare e alla massa delle particelle) parametri importanti in fisica nucleare (quali: la costante d'accoppiamento pseudo-scalare g_S delle interazioni forti e il parametro D_n, che rappresenta l'eccesso della massa del neutrone su quella protonica) [164a]. Nel '73 appuntò quindi come, con una costante d'accoppiamento dell'interazione forte più debole, non vi sarebbe stato altro elemento chimico che l'idrogeno, incompatibilmente "con l'esistenza della vita". In conclusione del suo intervento a Cracovia, Carter si sofferma sull'utilità (almeno momentanea in assenza di spiegazioni "basate su una struttura matematica più profonda") di procedere in un'"esplorazione sistematica dei limiti a priori" che, sulla base del SAP, possono essere assegnati ai parametri fisici fondamentali. Inoltre insiste nel sostenere che accettare le predizioni basate sul SAP come spiegazioni implica una certa attitudine nei confronti del concetto di una collezione di universi.
Egli ritiene che l'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica possa adattarsi "in modo molto naturale" alla "filosofia" che ha tentato di descrivere. La "filosofia di una collezione di mondi", infatti, non "va in realtà molto oltre la dottrina di Everett" che Carter continua a ritenere un prodotto della "logica interna della meccanica quantistica" [165].
In ultima analisi comunque, per Carter il SAP consiste nella:

combination of the ordinary weak anthropic principle with a hypothesis of the existence of an ensemble of connected or disconnected branches of the universe over which 'fundamental constants' would have an extended range of values. In such an ensemble the familiar observed values of the parameters would be interpretable as deriving from anthropic selection [166].

A partire dal 1983, Carter - seguito in questo da altri teorici antropici [167] - esprimerà in maniera esplicita la relazione fra la selezione antropica e la "struttura del paradigma bayesiano" [168]. Così facendo, punterà soprattutto a distinguere l'accortezza familiare a "tutti gli scienziati empirici in attività" (che sanno molto bene di dover trattare probabilità a priori "rinormalizzate" attraverso la considerazione dei diversi effetti di selezione) dall'attitudine di alcuni "teorici puri" che preferiscono "lavorare esclusivamente al livello ab initio" della teoria astratta, dimenticandosi "facilmente" "la totalità di tutte le condizioni di selezione che sono implicate dall'ipotesi di applicazione della teoria a una situazione sperimentale o osservativa concreta" [169].
In quest'ottica il WAP rappresenta un'"applicazione del teorema di Bayes" il cui unico "elemento nuovo" consiste nel riferimento alle "nostre limitazioni in quanto organismi viventi" [170]. Il SAP invece contempla non solo le restrizioni alla nostra situazione particolare, ma al livello globale del nostro universo. Per il SAP "l'esistenza della vita" - come hanno scritto Garrett e Coles - diviene "essa stessa una legge di natura" e un universo conoscibile (cognizable) deve rispettare tale legge [171].
Il riferimento alle procedure dell'inferenza induttiva bayesiana (che Carter considera, in pratica, "la strategia fondamentale del metodo scientifico" [172]) rimanda a un approccio di fondo verso la cosmologia e, in genere, verso l'attività e la metodologia scientifica. In lavori recenti sia Carter che Garrett e Coles si soffermano in maniera specifica sui caratteri salienti di questo atteggiamento, sottolineandone le differenze sia con l'approccio frequentista e logicista alla probabilità, sia con la scuola popperiana e post popperiana in filosofia della scienza.
Questi autori considerano l'attività scientifica come un "esercizio di verifica di ipotesi induttive" e ritengono la prospettiva bayesiana l'unica in grado di costituire un sistema coerente per formulare ipotesi sull'universo come un tutto, superando il noto problema dell'unicità dell'oggetto di studio. I dati osservativi sono considerati in quest'ottica semplicemente dei numeri che possono essere incorporati, in qualità di proposizioni, in qualsivoglia teoria.
Da qui il dissenso che Carter, Barrow, Garrett e Coles esprimono nei confronti del punto di vista di Popper sia a proposito dell'influenza della teoria sui dati osservativi, sia nei confronti della tesi secondo la quale le teorie scientifiche sono falsificabili [173]. Contro Popper (e naturalmente anche contro Kuhn o Feyerabend) questi teorici antropici ritengono che disporre di prove favorevoli renda inevitabilmente più probabile una determinata ipotesi o teoria. Essi sostengono quindi che:

The disparaging implication that scientists live only to prove themselves wrong comes from concentrating exclusively on the possibility that a theory might be found to be less probable than its challenger. In fact evidence does not confirm, or discount, a theory; it either makes the theory more probable (supports it) or makes it less probable. For a theory to be useful, it must be capable of having its probability altered by incoming data, and the appropriate criterion is therefore testability. Bayes theorem tells us, by inverse reasoning, that a testable theory will not predict all things with equal facility [174].

Su queste basi non c'è da stupirsi dell'antipatia mostrata da alcuni teorici antropici verso cosmologie "razionaliste" come quelle dello stato stazionario o la stessa LNH.


VAI ALLE NOTE

TORNA ALL'INDICE

10 WAP e SAP II: DA BARROW A LINDE