Buon compleanno, Stephen Hawking!

Oggi Stephen Hawking compie 70 anni. Un traguardo importante per chiunque, ma sensazionale per un uomo che non avrebbe dovuto superare i trent’anni di vita. Il più celebre scienziato oggi vivente ha vinto la sua battaglia con una malattia che non fa prigionieri, una forma particolare della SLA, la sindrome laterale amiotrofica. La sua figura è notissima al grande pubblico: i grossi occhiali tondi che non nascondono la profondità dello sguardo, la sedia a rotelle e il sintetizzatore vocale con il quale comunica con il mondo hanno reso Stephen Hawking un monumento vivente alla forza umana. Pochi conoscono esattamente il contributo dello scienziato al progresso della conoscenza fisica e cosmologica, ma tutti riconoscono in lui una delle menti più brillanti del mondo. Hawking è l’ultimo grande fisico teorico della lunga tradizione di Newton e Einstein.

La lunga lotta per la vita

Stephen Hawking aveva poco più di vent’anni, nella prima metà degli anni ’60, quando i primi sintomi della malattia iniziarono a manifestarsi. All’epoca era un promettente studente di cosmologia a Cambridge. Era nato l’8 gennaio 1942, esattamente trecento anni dopo la morte di Galileo Galilei, un particolare che Hawking sottolinea spesso con intima soddisfazione. Si era laureato in fisica a Oxford, senza troppe difficoltà. All’epoca gli studenti erano pochi e i programmi, a suo dire, molto semplici. Lui e i suoi colleghi dedicavano allo studio non più di mezz’ora al giorno. Volle andare a Cambridge a studiare cosmologia con Fred Hoyle, il più famoso astrofisico dell’epoca, e con gli altri esponenti di quella teoria dell’universo stazionario che negava il Big Bang, abbandonata poi pochi anni dopo, tra i quali Dennis Sciama. Fu lui a seguire Hawking nel corso di specializzazione, che presto rischiò di interrompersi drammaticamente. Parlava già molto male, tanto che i colleghi temevano stesse sviluppando un handicap linguistico. Ma ben presto non riuscì più ad allacciarsi le scarpe e faceva molta fatica a scendere e salire le scale. Hawking non poteva più ignorare il graduale deterioramento delle sue abilità motorie, e chiese un consulto ai medici. La diagnosi non fu delle più felici.

Per la sindrome laterale amiotrofica non esistono cure. I neuroni del sistema nervoso periferico vanno incontro a una graduale degenerazione, paralizzando man mano tutti i muscoli del corpo. La costrizione su una sedia a rotelle è il minore dei mali: la paralisi impedisce di comunicare e, nel giro di pochi anni, porta il paziente alla morte per soffocamento, in seguito alla paralisi dei muscoli respiratori. Una malattia che non provoca dolore, non impedisce al cuore di continuare a pompare il sangue, e al resto dell’organismo di funzionare regolarmente, né colpisce il cervello, che resta perfettamente lucido. Ma i medici, con Hawking, furono chiari. Poteva forse riuscire a conseguire il dottorato, ma aveva i giorni contati. “D’improvviso mi resi conto che c’era una qualità di cose importanti che avrei potuto fare se la mia condanna a morte fosse stata sospesa”, ricorda. Ma la malattia iniziò a rallentare. Hawking poté conseguire il dottorato, sposarsi e avere figli. La sua condanna a morte era stata sospesa.

Solo all’inizio degli anni ’70 fu costretto a cedere alla sedia a rotelle, mentre la sua capacità di parlare si affievoliva lentamente. Solo in pochi erano capaci di comprendere quello che diceva, e traducevano agli ascoltatori delle sue affollate lezioni il senso di quei farfugliamenti. Ma nel 1985 Stephen Hawking fu colpito da una polmonite. Le sue condizioni apparvero subito disperate. Alla moglie venne chiesto di prendere una difficile decisione: staccare la spina o rischiare una tracheotomia che come conseguenza avrebbe impedito allo scienziato di pronunciar verbo. Alla fine fu scelta la seconda opzione: fu praticato un buco nella gola di Hawking, tale da scongiurare nuove crisi respiratorie per il futuro. In compenso, la già debilitata capacità di articolazione delle parole di Hawking fu definitivamente compromessa.

Ma lo scienziato non si è lasciato prendere dalla disperazione. Con l’aiuto di alcuni colleghi, poco dopo l’operazione iniziò a usare un software di sinterizzazione vocale (L’Equalizer, sviluppato in California) tramite il quale ritornò in breve tempo a comunicare. Tramite una tastiera, Hawking selezionava le parole che andavano poi a formare la frase. Un’operazione lunga che con l’allenamento fu possibile velocizzare, benché per le sue conferenze Hawking spesso preferisce preparare in anticipo l’intera relazione. Nel corso degli anni la mobilità delle braccia e delle mani è andata perduta, e oggi Hawking utilizza una versione ancora più perfezionata del software, che sfrutta il movimento delle guance: un procedimento più lungo, che gli permette però di continuare a scrivere i suoi libri (l’ultimo, Il grande disegno, è uscito due anni fa) e comunicare con il pubblico.

Il signore dei buchi neri

Hawking ha sempre riconosciuto la grande fortuna di esserci specializzato nella fisica teorica, “poiché si tratta di una scienza che sta per intero nella mente”. Al peggiorare delle sue condizioni di salute, il suo cervello resta lucido, limpido, allenato da decenni di profonde riflessioni e astrazioni. La sua carriera di fisico ha potuto così proseguire nel corso degli anni senza rallentamenti. In una prima fase della sua carriera, che egli ha definito “la fase classica”, Hawking si è dedicato alle questioni cosmologiche più tradizionali; dopo il 1974 i suoi studi hanno preso una direzione che egli definisce “la fase quantistica”, in cui alcune delle iniziali teorie da lui elaborate sono state ripensate alla luce delle nuove conoscenze della fisica quantistica. L’infinitamente grande, che ignora i meccanismi quantistici e agisce quasi esclusivamente sulla base della relatività einsteiniana, a un certo punto deve fare i conti con le leggi che regolano invece l’infinitamente piccolo. Gli studi sul destino dei buchi neri, che hanno impegnato Hawking per decenni, sono iniziati partendo dalla gravità einsteiniana per giungere ai complessi meccanismi quantistici che regolerebbero le fasi finali della vita del buco nero.

Insieme a Roger Penrose, Hawking fu il primo a studiare la dinamica dei buchi neri: la fase finale di una stella super-massiccia collassata su se stessa, al punto da piegare lo stesso tessuto spazio-temporale, creando una singolarità, ossia un punto all’interno del quale le leggi note della fisica non valgono più. Capire i buchi neri permetterebbe di capire anche la singolarità da cui l’universo avrebbe avuto inizio, quel punto superdenso dal quale il nostro cosmo è nato con un immane scoppio, il Big Bang. Hawking dimostrò nel 1970 che i buchi neri non si rimpiccioliscono, ma possono solo aumentare di dimensioni. Una scoperta che però creava qualche problema. Aumentando le sue dimensioni, attraverso “l’inghiottimento” di nuova materia, un buco nero aumenta la sua entropia, come vuole la seconda legge della termodinamica, ossia, potremmo dire, il grado di confusione della materia al suo interno. Ma un oggetto che ha entropia possiede anche una temperatura, e se possiede temperatura deve irradiare energia. Ma se un buco nero irradia energia, allora non è più un buco nero. I buchi neri si chiamano infatti così perché dal loro interno non può uscire nulla, nemmeno la luce.

Per risolvere il problema, Hawking abbandonò la fisica classica einsteiniana e iniziò a studiare quella quantistica. Influenzato dalle teorie di alcuni fisici russi incontrati a Mosca, Hawking scoprì così di aver avuto torto. I buchi neri non solo emettono energia, ma attraverso questo processo finiscono addirittura per scomparire. Fu così che venne elaborato il concetto forse più celebre messo a punto dallo scienziato di Cambridge (era intanto diventato professore lucasiano, occupando la cattedra che fu di Newton): la “radiazione di Hawking”. I buchi neri emettono, nel corso della loro rotazione, flussi di particelle. E, così facendo, la massa del buco nero si riduce fino a evaporare completamente. A quel punto la singolarità centrale esplode in un piccolo scoppio e il buco nero muore. La scoperta, dimostrata con una solida matematica, stupì la comunità scientifica. Non solo veniva messa in discussione l’idea che nulla potesse emergere da un buco nero, ma dovevano essere riscritte anche diverse teorie cosmologiche. L’universo, tra centinaia di miliardi di anni, non sarebbe stato popolato solo da enormi buchi neri, ma semplicemente dall’energia residua della loro evaporazione: un universo di materia estremamente rarefatta, probabilmente in eterna espansione.

Dal Big Bang ai buchi neri

Ma ancora una volta la scoperta di Hawking andava a scontrarsi con un assioma della fisica, il principio di conservazione dell’informazione. Secondo questo principio, l’informazione di un oggetto fisico non scompare mai, ma si trasforma. Se un oggetto cade in un buco nero, il buco nero in qualche modo reca traccia di ciò che ha inghiottito. Ma se evapora, scomparendo senza lasciare traccia, tutto ciò che è andato a finire nella sua bocca viene perso per sempre. Hawking assicurò che le cose andavano proprio così, fino a che nel 2004, in occasione di un convegno a Dublino, annunciò pubblicamente di aver avuto torto: la radiazione che emerge dal buco nero, dimostrò, conserva l’informazione del buco nero stesso. Non tutti i fisici sono rimasti convinti di questa dimostrazione, e Roger Penrose è per esempio dell’idea che Hawking abbia sbagliato ad ammettere di aver avuto torto.

Possono sembrare questioni poco interessanti, ma l’attività di Hawking non è rimasta chiusa all’interno dei buchi neri. Le sue riflessioni sulle singolarità spazio-temporali lo hanno portato a elaborare alcune importanti teorie cosmologiche che mettono in discussione proprio l’idea di un universo emerso da una singolarità. Nel tentativo di spiegare le sue idee al grande pubblico, Hawking ha raggiunto le case di tutto il mondo con il suo best-seller Dal Big Bang ai buchi neri (“A Brief History of Time”), il libro di divulgazione scientifica più venduto al mondo. Il suo editore lo aveva messo in guardia dall'inserire equazioni nel testo: ogni equazione aggiunta avrebbe dimezzato il numero di potenziali lettori. Alla fine, Hawking ne lasciò solo una: E=MC2. Si è sempre chiesto se, togliendola, avrebbe potuto raddoppiare gli acquirenti del libro. Oggi, a settant’anni, la divulgazione resta il suo grande impegno. Ai suoi discepoli ha lasciato il compito di portare a termine le sue riflessioni. Sir Roger Penrose, il suo collega di Oxford, ha recentemente elaborato una rivoluzionaria teoria cosmologica che ipotizza un universo ciclico: idee che poggiano sulle scoperte di Hawking e che dimostrano come un singolo cervello, pur prigioniero di un corpo morto, possa contribuire a svelare, per usare le parole di Stephen Hawking, “la mente stessa di Dio”.