Circostanze che hanno permesso la vita (parte 1^)

A partire dall’istante zero del Big Bang si sono venute a formare le condizioni perché l’Universo fosse adatto alla vita. Se si analizza infatti quali probabilità fossero in gioco in ogni momento critico in cui nella natura avveniva una trasformazione si nota che la ‘lotteria’ perché certe costanti avessero un determinato valore e certe situazioni si venissero a creare è stata vinta con molta, troppa fortuna per essere dovuta al caso. Cioè dal Big Bang in poi, l’Universo è progredito in una serie incredibile di eventi molto improbabili ma utili e necessari allo sviluppo successivo della vita…


Circostanze fortunate nel Big Bang

All’inizio di tutto la materia dell’Universo era concentrata in un volume più piccolo di un granello di senape. La temperatura era dell’ordine di 10 alla 32 °K ( una temperatura di 1 seguito da 32 zeri, cioè cento milioni di milioni di milioni di milioni di milioni di gradi). Per fare un confronto, la temperatura al centro del sole è di 15 milioni di gradi e in stelle più calde intorno ai 100 milioni di gradi…). La densità della energia-materia e la pressione erano praticamente infinite, in quanto tutta la futura materia e l’energia dell’Universo erano concentrate in un volume infinitesimo, in un punto, cioè in quella che si chiama ‘singolarità’. Non vi era ancora massa, ma solo energia. Ad un certo istante, anzi diciamo all’istante ‘zero’, quello in cui è cominciata l’avventura, in questo punto iniziale si verificò una esplosione o ‘inflazione’, la cui causa non è chiara, ma comunque proveniente dall’interno. Il puntino in un tempo brevissimo si portò alle dimensioni di un’arancia. Con tale espansione essendo ‘diminuite’ pressione e temperatura, l’energia poté concentrarsi per formare quark ed elettroni (era subatomica della durata di 1 milionesimo di secondo). Man mano che l’espansione progrediva, dopo 1 milionesimo di secondo, pressione e temperatura erano diminuite e poterono formarsi particelle più massive tipo protoni e neutroni (era nucleare durata dall’istante 1 milionesimo di secondo fino a 1 centesimo di secondo). Continuando in maniera vertiginosa l’espansione, luce e materia (quark, elettroni, protoni, neutroni) erano comunque ancora imprigionate in una zuppa ribollente di fotoni e particelle in continua collisione, senza possibilità di formazione di atomi. Dopo di ciò, a causa dell’espansione, la temperatura arrivò finalmente ad un valore più basso, 1 miliardo di gradi, tale da consentire ai protoni e neutroni di unirsi e formare nuclei stabili (era del ‘plasma atomico’ durata da 1 centesimo di secondo fino a circa 400 mila anni dopo il Big Bang), e alla fine la composizione si attestò al 75% di Idrogeno e 25% di Elio.

Ed ecco la prima circostanza ‘fortunata’: la legge della forza che regola il legame tra nucleoni..

‘A causa della legge che regola la forza tra nucleoni, perché i protoni e neutroni si possano unire e formare nuclei stabili la temperatura deve essere inferiore a 1 miliardo di gradi’

Se in tale legge la temperatura di ‘innesco’ fosse stata più alta, diciamo ad esempio di un fattore 10, cioè 10 miliardi di gradi anziché 1 miliardo, l’Universo avrebbe allora raggiunto la temperatura di ‘innesco’ dei legami nucleari prima di 1 centesimo di secondo, quando la sua composizione era di neutroni e protoni liberi: essendo la densità ancora molto elevata, ci sarebbe stata una rapida fusione tra le particelle e quindi una veloce formazione di nuclei pesanti. Allora la composizione dell’Universo sarebbe cambiata in una proporzione 50% Idrogeno e 50% Elio. Man mano l’alta densità avrebbe trasformato però quasi tutto l’Idrogeno in elementi più pesanti, tanto che sarebbe rimasto pochissimo Idrogeno, e poco (o niente) Idrogeno significa che le stelle non avrebbero bruciato come oggi perché l’energia delle stelle deriva dalla fusione di Idrogeno con formazione di Elio, e quindi avremmo avuto poche stelle e pochi punti caldi che forniscono l’energia per la vita.
Viceversa se nella legge che regola la forza tra nucleoni la temperatura di ‘innesco’ fosse stata più bassa, diciamo di un fattore 10, cioè 100 milioni di gradi anziché 1 miliardo, anziché avere scarsità di Idrogeno avremmo avuto quasi solo Idrogeno nell’Universo. Infatti siccome la nuova temperatura utile per formare i nuclei atomici sarebbe stata raggiunta più tardi, cioè dopo circa 300 minuti, ci sarebbe stato il tempo perché quasi tutti i neutroni allo stato libero decadessero in protoni (il neutrone libero decade in circa 15 minuti): ma per formare i nuclei più pesanti dell’Idrogeno servono i neutroni e senza neutroni perciò sarebbero rimasti solo protoni e quindi si sarebbe formato solo Idrogeno (che come si sa è formato da un nucleo che è 1 protone), e non altri elementi più pesanti. Non ci sarebbe stato quindi posto per la vita.

La seconda circostanza ‘fortunata’ : la formazione degli elementi essenziali per la vita

Durante la fase a 1 miliardo di gradi, mentre l’Universo continuava ad espandersi vertiginosamente, tramite la forza nucleare si organizzava la nucleosintesi della materia. Questa ha prodotto (in ordine di abbondanza) idrogeno, elio, ossigeno, carbonio, e altri elementi. I primi tre della lista sono gas, inoltre quelli necessari per formare l’acqua sono il primo (idrogeno) e il terzo (ossigeno). Da notare come la vita che si basa su carbonio e acqua veniva quindi favorita per quanto riguarda l’abbondanza dei suoi elementi costitutivi. Sulle proprietà notevoli dell’acqua parlerò appresso, ma diciamo che è adattissima per mediare le reazioni chimiche che sono alla base della vita. Il carbonio è l’elemento subito più importante dopo l’acqua e questo perché è una specie di tuttofare. Essendo infatti a metà tra metalli e non metalli può formare composti con quasi tutti gli elementi e, fattore più importante, può formare lunghe catene con se stesso e includere in queste catene ramificazioni e anelli. E’ su queste catene, lunghe spesso centinaia di atomi, che è costruita l'informazione essenziale alla vita.
Se la sintesi dei nuclei avesse saltato il carbonio per passare ad un altro elemento simile, quale il silicio, l’esistenza della vita sarebbe stata molto incerta, anzi molto probabilmente impossibile. Infatti pur riuscendo come il carbonio a formare una varietà di composti con gli altri elementi tuttavia il silicio difetta della capacità di formare lunghe catene e quindi DNA e proteine, alla base della vita, non sartebbero esistite. Inoltre a differenza di molti composti del carbonio, i composti del silicio sono quasi tutti solidi nel range di temperature in cui l’acqua è allo stato liquido. Quindi moltissime reazioni chimiche nell’acqua su cui si basa la vita non sarebbero state possibili...
(vai alla 2^ parte)
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