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Nei giorni scorsi mi è capitato un paio di volte che qualche studente mi ponesse, a proposito di una questione che gli appariva astratta e poco significativa, la fatidica domanda: A che serve? È una domanda che a me piace molto, anche se temo che il mio entusiasmo non si trasmetta facilmente ai miei studenti. Chi la formula si aspetta senz’altro di ricevere una risposta specifica e circostanziata. Il cacciavite serve a stringere o allentare delle viti. Eppure, se ci pensiamo per un attimo, questa non può essere la risposta giusta. Perché inventare un cacciavite se non esistono ancora delle viti? E se le viti esistevano già, cosa se ne facevano gli uomini prima di inventare il cacciavite?
La risposta a queste domande apparentemente scherzose ha molto a che fare, secondo me, con la natura della storia delle idee e della scienza, ma anche degli esseri umani e degli organismi in generale. Per spiegarmi, ricorrerò ad alcuni esempi.

Una delle mie citazioni preferite è di Michael Faraday, forse il più grande fisico sperimentale del diciannovesimo secolo, scopritore del fenomeno dell’induzione lettromagnetica e anche apprezzatissimo conferenziere e divulgatore. Purtroppo, non sono riuscito a individuare una fonte certa per la citazione, che però è riportata da molti autori. In una versione ricorrente, Faraday ha appena svolto una conferenza sull’elettricità e in particolare sulle correnti indotte. Un uomo politico che ha assistito alla conferenza lo avvicina e gli chiede (con una malizia che ci piace attribuire a questo genere di professionisti della vita pubblica): Tutte cose molto belle. Ma qual è la loro utilità, Mr. Faraday? Al che Faraday risponde con prontezza: Ah, certo, ma a cosa serve un bambino appena nato?
Ci sono versioni alternative di questa storia. In una, molto diffusa, il politico in questione sarebbe William Gladstone, alloro ministro delle finanze. E la replica di Faraday viene riportata in questa forma: Non lo so, signor ministro. Ma sono certo che troverete il modo di tassarla.
La prima versione mi piace molto di più. Faraday era nato in una famiglia povera e aveva dovuto imparare a fatica da solo tutte le nozioni scientifiche che possedeva. Molti libri poté leggerli soltanto perché lavorò come apprendista presso un rilegatore. In una società classista come l’Inghilterra di fine Settecento, il bambino Faraday era visto come un individuo privo di valore. Ma chi può dire a che cosa serva un bambino? Come si fa a sapere che il figlio di un immigrato diventerà presidente degli Stati Uniti? Faraday doveva essere profondamente consapevole di quanto sia stupido cercare di giudicare un’idea o una persona dalle sue origini.
Un bambino deve crescere, affrontare situazioni che nessuno può prevedere, diventare una persona che nessuno può conoscere in anticipo. Questa è l’essenza della ricerca, anche della ricerca scientifica: mettersi per strada e sperare che ci capiti qualcosa di inaspettato. Pensate a come appare addirittura sciocca, a noi, oggi, una domanda su a cosa serva l’elettricità. Eppure Gladstone era un uomo con la testa sul collo. Ma non aveva capito che le applicazioni di una scoperta sono sorprendenti come la scoperta stessa.

Una seconda citazione può aiutarmi a chiarire questo concetto. Si tratta di una frase di Charles H. Townes, uno degli scienziati che inventarono il laser, e per questo premio Nobel per la fisica nel 1964. Nell’articolo "The first laser" (compreso nel volume di Laura Garwin e Tim Lincoln, A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World, 2003), Townes scrive: Quando il primo laser apparve [verso la fine degli anni '50], gli scienziati e gli ingegneri non era preparati a riceverlo. Molta gente mi diceva — in parte scherzando ma anche come per sfidarmi — che il laser era "una soluzione alla ricerca di un problema". L’immagine è davvero illuminante. Quando una nuova idea emerge, non ci sono ancora neppure i problemi che essa può aiutare a risolvere. Oggi gli impieghi del laser sono dovunque. I led che si illuminano su molti apparecchi elettrici sono dei piccoli laser. Ogni lettore o masterizzatore di CD e DVD contiene un laser. Ma nel 1960, a chi chiedeva: A che serve?, non si poteva rispondere: A far funzionare il tuo lettore di CD. Bisogna che qualcuno inventi prima il laser, perché qualcun altro possa inventare il compact disc.

Vorrei fare ancora un esempio, questa volta al di fuori della fisica e anche della storia della scienza. Negli ultimi quindici anni i paleontologi si sono convinti che i dinosauri non sono affatto estinti. Alcuni dinosauri si sono estinti. Altri si sono evoluti e abitano ancora questo pianeta: sono gli uccelli. Le somiglianze anatomiche fra dinosauri e uccelli sono notevoli, ma una è stata confermata da molte scoperte recenti: alcuni dinosauri avevano le penne. Ci sono molti fossili, inequivocabilmente di dinosauri, che presentano strutture del tutto simili alle penne degli uccelli attuali. Ma immaginate un grande e rispettabile dinosauro che osserva con sussiego il Deinonychus antirrhopus raffigurato nell’illustrazione. Penne? E a che servono?!? Il giovane esemplare non avrà potuto rispondere: Servono a volare sbattendo le ali. L’evoluzione, le ali per il volo battente non le aveva ancora inventate. Ma di lì a qualche milione di anni avrebbe trovato un’applicazione inaspettata per la strana mutazione inventata da un parente del Deinonychus…

Quella chiamiamo "la civiltà umana" è il frutto dell’opera di moltissimi uomini e donne che non hanno smesso di guardarsi in giro alla ricerca di novità. Nuove idee, nuovi problemi per nuove soluzioni. Chi ha inventato la ruota non ha trovato la carriola lì pronta ad aspettarlo. I primi Homo sapiens sapiens che hanno lasciato le pianure africane per andare a vedere cosa si potesse scoprire nel continente a nord di quello che oggi chiamiamo lo stretto di Gibilterra hanno inventato il mondo. Ma perfino dei pionieri così coraggiosi non avrebbero potuto immaginare che un giorno dei loro discendenti avrebbero creduto di poter respingere altri uomini che si mettono sulla stessa rotta, spinti anche loro dalla necessità e dal desiderio umano di migliorare la propria condizione. Le scoperte sono finite? Non ci servono più esploratori? Quando pensiamo cose come queste, dimostriamo soltanto di avere poca memoria e poca fantasia.

Per approfondire:

Una pagina di citazioni di Michael Faraday

L’articolo di Charles Townes sul primo laser

Un video sul legame fra uccelli e dinosauri:

La teoria dell’origine delle specie attraverso la selezione naturale è una teoria scientifica, capace di previsioni che possono essere falsificate da osservazioni sperimentali, e dotata di un enorme potere esplicativo. La biologia moderna non sarebbe pensabile senza di essa. Se stessimo parlando della fisica, diremmo che quella della selezione naturale è una legge. Ma, in fondo, perché non lo facciamo? Perché non diciamo che Darwin ha formulato una legge fisica?

Potremmo essere tentati di rispondere che non lo facciamo perché l’evoluzione parla degli esseri viventi. La fisica, si sa, si occupa di "oggetti inanimati": palle da biliardo, galassie e atomi. La selezione naturale agisce su esseri viventi, quindi è per definizione estranea alla fisica. Problema risolto.
Questa, per usare un termine tecnico, è una stupidaggine. Ci sono numerosi esempi di leggi fisiche che si applicano in maniera fruttuosa agli esseri viventi. Le leggi della termodinamica, ad esempio. Uno degli scopritori del principio di conservazione dell’energia, Julius Robert von Mayer, elaborò le sue idee studiando i processi di ossidazione che avvengono negli esseri viventi e attraverso i quali gli animali ricavano energia dal cibo ingerito. I biologi contemporanei applicano le leggi della fisica non soltanto agli organismi e alle cellule, ma anche agli ecosistemi da una parte e ai componenti macromolecolari delle cellule dall’altra.

Per quanto riguarda gli ecosistemi, è decisivo ad esempio lo studio delle trasformazioni energetiche che avvengono da un livello all’altro di una catena alimentare. L’energia irraggiata dal Sole viene convertita soltanto in parte dalle piante, mentre una percentuale elevata si disperde nell’ambiente come calore. Una simile dispersione dell’energia avviene quando gli erbivori si cibano delle piante o quando i carnivori si cibano di erbivori. (L’illustrazione che apre questo post è la raffigurazione ottocentesca di una di queste catene alimentari in un lago svedese.) Questi risultati sono in perfetto accordo con il secondo principio della termodinamica. Quando una società come la nostra sceglie di usare i cereali non per alimentare direttamente gli uomini, ma per ingrassare del bestiame destinato poi all’alimentazione umana, sceglie allo stesso tempo di sprecare letteralmente il 90% dell’energia fornita dai cereali: in questa maniera assai poco efficiente i cerali che potrebbero sfamare dieci esseri umani bastano appena per uno soltanto di essi.

Per quanto riguarda la biofisica delle "macchine molecolari" presenti all’interno delle cellule, oggi siamo in grado di ricostruire e misurare le forze agenti ad esempio su strutture come i flagelli che alcuni batteri utilizzano per la locomozione. In effetti, le strategie che permettono a esseri abbastanza grandi come noi di muoverci in un mezzo come l’acqua — nuotare o remare, ad esempio — sono inutili per un organismo un milione di volte più piccolo, come un batterio. Ed è proprio dai motori biologici sviluppati nei batteri dall’evoluzione che gli studiosi di nanotecnologie traggono ispirazione per progettare macchine microscopiche che forse un giorno trasformeranno la medicina e l’ingegneria.
Nell’illustrazione possiamo notare come l’anatomia del flagello di un batterio gram-negativo possa essere rappresentata in mnaiera estremamente simile a quella di un dispositivo meccanico.

Un’altra spiegazione che potremmo avanzare per il fatto che la teoria della selezione naturale non sia considerata una teoria fisica è l’impossibilità di esprimerla con una legge matematica. Le leggi della fisica, dalla legge di gravitazione universale di Newton all’equazione di Schrödinger, hanno la forma di equazioni matematiche che legano fra loro le variabili che rappresentano le grandezze fisiche in esame. Nel caso dell’evoluzione darwiniana, la prima difficoltà in vista di una traduzione in termini matematici è proprio quella di individuare le variabili in gioco. Sarebbe ingenuo aspettarsi di poter scrivere un’equazione che permetta di calcolare la velocità della comparsa di nuove specie così come scriviamo l’equazione della velocità nel moto uniformemente accelerato. Il problema ha a che fare in parte con la difficoltà di definire il concetto stesso di "specie", che risulta talvolta inutilizzabile all’interno della stessa biologia. Ma c’è un aspetto più profondo, che è stato analizzato dal più grande biofisico italiano, Mario Ageno.

In Punti cardinali, un libro straordinario in cui egli espone le proprie riflessioni di scienziato su problemi come l’origine della vita sulla Terra o il significato delle teorie fisiche, Ageno illustra con grande chiarezza che cosa distingua le situazioni affrontate dalla fisica da quelle affrontate dalla biologia. La fisica ricerca leggi, relazioni matematiche che spiegano in che modo un sistema evolva da un certo stato iniziale a uno stato successivo: un oggetto cade da una certa altezza, un atomo assorbe un fotone e lo riemette, due galassie si scontrano fra loro. In tutte queste situazioni possono prodursi due casi fondamentali: o c’è un solo stato finale accessibile al sistema a partire dallo stato iniziale; oppure c’è un insieme di stati possibili, ciascuno caratterizzato da una certa probabilità. Abbiamo allora leggi fisiche deterministiche o probabilistiche.

Ma nell’evoluzione delle specie la situazione è profondamente diversa. Nessuno può elencare in anticipo le specie future alle quali potrebbe condurre l’evoluzione di una particolare specie, e non c’è assolutamente modo di associare neppure ad alcune fra esse una probabilità dotata di senso. Ogni organismo si trova al centro di un "paesaggio" evolutivo (in inglese Landscape) dove ad ogni punto corrisponde una certa condizione di vantaggio o svantaggio evolutivo. Il solo modo che l’organismo ha di conoscere tale paesaggio è esplorarlo, vivendo ed evolvendosi. E allo scienziato non è più possibile scrivere leggi e deve piuttosto — come fanno appunto i biologi evoluzionistici — ricostruire una storia. Si passa così dalla legalità della fisica alla storicità della biologia.

Un aspetto straordinario di questi concetti è che alcuni ricercatori contemporanei pensano che essi possano applicarsi alla stessa fisica dell’Universo. I fisici che si occupano di teoria delle stringhe, infatti, sanno che le ipotesi della teoria sono compatibili con un numero enorme di "universi possibili", ciascuno con le sue particolari leggi fisiche. Questa sconfinata collezione di universi, anche 10⁵⁰⁰ secondo i calcoli più accreditati, è stata battezzata da Leonard Susskind (uno dei padri della teoria delle stringhe) the Landascape, "il Paesaggio", con una analogia esplicita con la biologia evoluzionistica.
Possiamo pensare che l’universo si sia evoluto in un senso darwiniano? Questa tesi richiederebbe che esista non un universo, ma una popolazione di universi, sui quali operi una specie di selezione naturale. Ci sono cosmologi, come Lee Smolin, che hanno proposto proprio uno scenario di questo tipo. Magari ne parliamo un’altra volta…

Per approfondire:

Le catene alimentari in biologia

Un particolare motore biologico

Una pagina dedicata all’opera di Mario Ageno

Lo speciale di Radio3 Scienza dedicato a Mario Ageno e il relativo podcast

La pagina di Wikipedia dedicata a Leonard Susskind

Una esposizione della teoria di Lee Smolin degli universi fecondi

I minatori lo hanno sempre saputo. A grandi profondità la temperatura ambiente è maggiore della temperatura media alla superficie. Qualche numero può essere interessante: il gradiente geotermico, cioè il tasso di aumento della temperatura con la profondità, è in media dell’ordine di 20 kelvin al kilometro. L’interno della Terra è caldo, molto più caldo della crosta terrestre, dell’atmosfera e dello spazio circostante. Così la Terra, come un sasso scaldatosi al sole, irraggia calore: e lo fa nella misura di un decimo di watt per metro quadrato. Ma perché lo fa?

La Terra è nata dallo scontro e dalla fusione di piccoli corpi solidi orbitanti intorno al Sole circa 4,5 miliardi di anni fa. (Questa per molto tempo è stata una ipotesi teorica. Oggi possiamo vedere un fenomeno simile in altri sistemi solari, come nell’immagine del telescopio orbitante Hubble qui a fianco, che mostra una zona di formazione planetaria a 450 anni-luce da noi, nella costellazione del Toro.) Nell’urto l’energia cinetica dei frammenti si è trasformata in energia termica, facendoli fondere. Proprio perché la Terra si è formata allo stato fuso, la forza di gravità di ogni parte su ogni altra ha potuto plasmarla nella forma di una sfera. Ma c’è dell’altro. Nella massa allo stato fuso della Terra primordiale, gli elementi chimici più densi sono sprofondati all’interno e quelli meno densi sono stati spinti alla superficie. È per questo che la densità della crosta terrestre è di circa 3000 kg/m³, mentre la densità della Terra nel suo complesso è di 5500 kg/m³.

Dopo la formazione della Terra, gli strati più esterni, a contatto con lo spazio esterno freddo, si sono solidificati rapidamente formando la crosta terrestre. Da allora l’energia termica dell’interno ha continuato a fluire verso l’esterno, obbedendo a una delle leggi fondamentali della Natura, il secondo principio della termodinamica: il calore si tramette necessariamente dai corpi più caldi a quelli più freddi.
Come abbiamo visto nell’ultimo post, proprio uno degli scopritori del secondo principio, Lord Kelvin, calcolò nell’Ottocento l’età della Terra in base all’ipotesi che il calore raggiante che osserviamo oggi sia semplicemente quanto resta dell’immensa energia termica della Terra primordiale. Ottenne un valore fra i 100 e i 20 milioni di anni, in clamoroso contrasto con le ipotesi dei geologi del tempo, che parlavano di parecchi miliardi di anni. E gettando nello sconforto Darwin, che era convinto che l’evoluzione biologica richiedesse tempi molto lunghi.

Darwin aveva ragione, ma Kelvin non aveva del tutto torto. Se l’origine del calore geotermico fosse l’energia termica della Terra primordiale, allora la Terra dovrebbe essere relativamente giovane. La deduzione è corretta, ma l’ipotesi non lo è. Kelvin aveva escluso fenomeni nuovi, che riteneva improbabili. Questo è sempre un passo azzardato, da parte di uno scienziato.
Trenta anni dopo la pubblicazione dell’articoletto stroncatorio di Lord Kelvin, nel 1896, Henri Becquerel scoprì in effetti un fenomeno del tutto imprevisto. Ci sono sostanze che liberano spontaneamente grandi quantità di energia: sono le sostanze radioattive. Nessuno aveva mai visto niente di simile, perciò dobbiamo scusare in parte lo scetticismo di Kelvin. Il comportamento dei minerali radioattivi era sconcertante. Uno dei pionieri dello studio di queste sostanze, Pierre Curie, dichiarò che non gli sarebbe piaciuto affatto trovarsi nella stessa stanza con un kilogrammo di radio, il cui effetto sarebbe stato probabilmente di bruciare la pelle dal corpo e ardergli i bulbi oculari…
Fra le conseguenze di queste scoperte c’era evidentemente anche la confutazione della confutazione di Kelvin. Quest’ultimo aveva negato alla geologia e a Darwin i miliardi di anni di cui aveva bisogno la Natura per produrre gli effetti osservati, affermando che non esisteva un meccanismo per giustificare che la Terra emettesse tanto calore per così tanto tempo. Ora il meccanismo esisteva. Esistevano minerali pesanti che emettevano l’energia necessaria. E, in quanto pesanti, dovevano essere sprofondati all’interno della Terra durante la sua fase fluida. A quanto pare, il cuore della Terra è radioattivo, come in un album dei Pink Floyd.

A quaranta anni dall’inizio della controversia, nel 1904, il giovane fisico neozelandese Ernest Rutherford aveva ormai scoperto le leggi dei fenomeni radioattivi e formulato un meccanismo per spiegare le immense quantità di energia liberate. La Royal Institution britannica lo invitò a tenere una conferenza sui suoi risultati. Immaginate l’imbarazzo di Rutherford quando, presentandosi davanti alla platea, vide in prima fila proprio l’anziano Kelvin!
Nel documentario qui di seguito si parte proprio dalla ricostruzione di questo famoso episodio.

Ci sono diversi aspetti istruttivi in questa storia. Uno di questi è la conferma, se ce ne fosse bisogno, del carattere scientifico della teoria di Darwin, cioè del suo potere predittivo e della sua falsificabilità. Se le specie non sono sempre esistite quali noi le vediamo oggi e se la loro evoluzione è avvenuta grazie al meccanismo spontaneo illustrato da Darwin, allora la vita esiste sulla Terra da un tempo molto grande. Darwin era consapevole di questo. Se la sua teoria era giusta, l’ipotesi di Lyell del tempo geologico profondo era necessariamente vera. E se tale ipotesi era confutata, anche la teoria dell’evoluzione lo era. Darwin stesso invitava i lettori della Origine a chiudere senz’altro il libro, se non erano disposti ad accettare l’ipotesi di un tempo "incomprensibilmente vasto" nel passato degli organismi biologici e del nostro pianeta.
Una teoria scientifica non è una "teoria" nel senso volgare del termine. Non è un insieme incoerente di ipotesi indifferente ai fatti. Deve predire dei fenomeni sorprendenti e deve accettare il rischio di fallire, se tali fenomeni non sono osservati. Darwin accettò il rischio della scienza e ne uscì vittorioso.

Un altro aspetto interessante è il legame profondo fra la teoria di Darwin dell’evoluzione e la teoria di Rutherford del decadimento radioattivo. In entrambi casi ci troviamo di fronte a una teoria basata sul cambiamento spontaneo. Nella teoria dell’evoluzione il meccanismo di fondo è l’insorgere di nuove cartteristiche all’interno di una popolazione naturale. Un batterio "nasce" con la capacità di resistere a un antibiotico, e i suoi discendenti si moltiplicano dando luogo a una nuova specie batterica resistente. Nella teoria di Rutherford, un atomo di radio si trasforma spontaneamente in un atomo di radon, liberando una particella alfa dotata di un’energia di 5,8 milioni di elettronvolt. In un caso come nell’altro, l’idea di cambiamento introduce il concetto di storia nella scienza. Introduce il divenire. Ora sappiamo che la vita ha avuto una storia. Ma anche che l’Universo stesso ne ha avuta una. Anche l’Universo si è evoluto.

Si tratta, anche in questo caso, di un’evoluzione darwiniana? Vale la pena di tornarci sopra…

Per saperne di più:

Wikipedia sull’età della Terra

Ho già ricordato in un altro post che il 2009 è l’anno internazionale dell’astronomia, in occasione del quattrocentesimo anniversario delle prime osservazioni di Galileo mediante il cannocchiale. È una ricorrenza importante, il cui significato può essere facilmente compreso da chiunque osservi la Luna piena, in una notte serena, e mediti su quanti millenni sono trascorsi prima che un uomo riconoscesse con chiarezza in quelle zone più scure e più chiare gli aspetti di una superficie planetaria simile a quella della Terra.

Il 2009, come sappiamo tutti, è anche l’anno dell’evoluzione biologica. Il 12 febbraio scorso abbiamo festeggiato il duecentesimo anniversario della nascita di Charles Darwin. E il 22 novembre prossimo saranno passati 150 anni dalla prima pubblicazione del suo capolavoro, L’origine delle specie per mezzo della selezione naturale. Come fisico ho grande ammirazione e gratitudine per il libro di Darwin, così ricco, chiaro, meravigliosamente minuzioso senza essere mai pedante. E riconosco che il concetto di selezione naturale, nella sua semplicità e potenza, ha un potere esplicativo non inferiore a quello delle leggi di Newton o del principio di equivalenza di Einstein.

Ma perché celebrare Darwin su un blog che parla di fisica? Le leggi dell’evoluzione fanno parte dell’ambito della biologia, dopo tutto. Ha senso che un fisico si dichiari darwiniano? Io credo di sì. Il mondo è uno e la Natura non è divisa in fisica, chimica, biologia. Se vogliamo comprendere la natura delle cose, non serve a niente confinarci in un solo settore e restare indifferenti alle idee che nascono in altri settori. Ecco perché ho deciso di parlare di Darwin e di evoluzione e di farlo dal punto di vista che mi è più congeniale, quello della fisica. Chiedendomi, cioè, in che modo le sue idee risultino utili al progetto di ricerca della fisica stessa.

Il primo aspetto che mi viene in mente è l’episodio della contesa scientifica sull’età della Terra. Nel suo libro, Darwin aderisce esplicitamente alle teorie dei geologi come Lyell che avevano avanzato per la prima volta l’ipotesi che la Terra fosse estremamente antica, anche decine o migliaia di miliardi di anni. Nell’opera di Darwin, l’evoluzione degli esseri viventi avviene grazie a un meccanismo estremamente graduale, basato su due elementi: la presenza ad ogni generazione di una grande varietà di individui in ciascuna popolazione naturale; e la limitatezza delle risorse disponibili, che doveva portare soltanto alcuni di quegli individui a lasciare dei discendenti nella generazione successiva. In questo consiste la selezione naturale: non tutti gli individui arrivano a lasciare un uguale numero di discendenti; e quelli che godono di un qualche vantaggio competitivo sugli altri si riprodurranno in maggiore misura e porteranno a una popolazione futura più simile a loro stessi.

Il meccanismo della selazione naturale richiede tempo. I caratteri ereditari che osserviamo oggi negli animali e nelle piante intorno a noi devono essersi sviluppati e selezionati lentamente, per piccole variazioni. O almeno così pensava Darwin. Il quale aveva quindi bisogno di un palcoscenico geologico estremamente ampio, miliardi di anni a disposizione, perché la selezione naturale portasse alla biosfera a noi e a lui contemporanea.

All’epoca della pubblicazione dell’Origine delle specie, William Thomson era già uno dei più autorevoli fisici inglesi e uno dei più importanti al mondo. Il contributo per il quale lo ricordiamo oggi, una formulazione originale del secondo principio della termodinamica, è soltanto uno dei suoi meriti scientifici: per i quali sarebbe stato investito nel 1892 del titolo di Lord Kelvin. Nel 1866 Thomson pubblicò un articoletto intitolato The “Doctrine of Uniformity” in Geology Briefly Refuted. Il grande biologo evoluzionista Stephen Jay Gould lo ha definito "uno dei documenti più arroganti della storia della scienza." In un solo capoverso, seguito da una mezza pagina di calcoli in appendice, Thomson affermava che la Terra non poteva essere così vecchia come proponevano Lyell e Darwin; in articoli successivi propose dei valori che andavano da 100 a 20 milioni di anni.

Il ragionamento di Thomson è semplice. La Terra è caratterizzata da un certo flusso di calore che dalle sue profondità si irradia alla superficie e di qui nello spazio. Se questo calore è quel che resta dell’energia immagazzinata nelle rocce fuse che formavano la Terra primordiale, alle origini del Sistema Solare, allora un semplice calcolo dimostra che la Terra deve avere cominciato a solidificarsi soltanto poche decine di milioni di anni fa. Oggi, altrimenti, sarebbe molto più fredda. E i calcoli di Thomson, uno dei padri della termodinamica, erano naturalmente giusti…

Darwin continuò per quanto fu possibile a sostenere che doveva esserci un errore nel ragionamento di Thomson. Ai suoi occhi, venti milioni di anni non potevano in alcun modo bastare. Se questo valore era giusto, allora la sua teoria era sbagliata. In una lettera a A. R. Wallace, l’altro creatore della teoria della selezione naturale, Darwin arriva a scrivere che il pensiero di Thomson lo affliggeva come quello di uno "spettro odioso".

Ma c’è un errore nel ragionamento di Thomson? Sì. Ed è un errore che molto a che fare con la storia della fisica. Thomson scrive che "Nessuna ipotesi [...] che possegga anche soltanto un’ombra di plausibilità, può giustificare la supposizione" che la Terra abbia un’età simile a quella proposta dai geologi e sostenuta da Darwin. Questo è il suo errore. Se non avesse tanto creduto alla superiorità della fisica come unica vera scienza razionale, Thomson avrebbe potuto scrivere una frase molto diversa. Avrebbe potuto scrivere "Nessun meccanismo ad oggi noto può giustificare la supposizione…" E se il calore "residuo" della Terra avesse un’origine all’interno della Terra stessa, in un meccanismo ancora sconosciuto capace di liberare grandi quantità di energia?

Un meccanismo simile era ed è in effetti all’opera: si tratta della radioattività. Come vedremo, il calore liberato dalla Terra non è affatto il calore residuo della sua formazione, ma il risultato del decadimento radioattivo degli elementi pesanti abbondanti nel nucleo terrestre. Che colpo, per Thomson, se avesse anche soltanto concesso la possibilità di un meccanismo simile e ne avesse stimato le energie in gioco! Se la fisica avesse prestato ascolto alla biologia, avrebbe potuto prevedere il fenomeno della radioattività, invece di limitarsi a scoprirlo!

Ma per oggi ho già scritto troppo. Riprenderemo questa storia nel prossimo post.
To be continued…

Per saperne di più:

L’articolo orginale di William Thomson