Perché l’umanità deve investire nell’esplorazione dell’Universo

Qual è l’importanza di studiare e fare ricerche approfondite sull’Universo? Perché investire miliardi di dollari in studi astronomici mentre abbiamo molti problemi da risolvere qui sulla Terra?

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Perché l'umanità deve investire nell'esplorazione dell'Universo

Non è un segreto che esista una serie apparentemente infinita di problemi da affrontare nel mondo. Non c’è bisogno di cercare molto per trovare persone che soffrono di ogni tipo di malattia: dalla malattia all’ingiustizia, dalla guerra alla carestia, dalla povertà all’inquinamento.

Ci sono alcuni grossi problemi che l’umanità deve affrontare nel 21° secolo e richiederanno tutti un enorme investimento delle nostre risorse collettive se vogliamo risolverli. Dai cambiamenti climatici alle pandemie globali, alle crisi energetiche e idriche e altro ancora, nessuno di questi problemi si risolverà da solo. Se dovessero essere risolti, ciò dipenderà dalle azioni collettive dell’umanità.

Ma dove va a finire la ricerca scientifica che non è direttamente correlata a queste crisi? Per quanto belle e illuminanti siano le recenti immagini del telescopio spaziale James Webb, l’astronomia e l’astrofisica non impediranno l’innalzamento dei mari.

E allora, qual è l’importanza di studiare e fare ricerche approfondite sull’Universo? Perché investire miliardi di dollari in studi astronomici mentre abbiamo molti problemi da risolvere qui sulla Terra?

È una domanda che è stata posta, in varie incarnazioni nel corso della storia, per molti secoli.

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Le galassie sono disponibili in molte morfologie diverse, comprese spirali, ellittiche, anelli, irregolari e altri vari tipi e sottotipi. Con Hubble, le galassie più distanti erano visibili solo come macchie che non potevano essere risolte. Con JWST, invece, i loro tipi, dimensioni e abbondanze possono essere tracciati, misurati e classificati nel tempo e nella posizione cosmici. Crediti : NASA, ESA, CSA e STScI; NASA/ESA/Hubble (STScI); composito di E. Siegel

Quando studiamo l’Universo ci impegnamo in quella che è nota come “ricerca di base“. Per la maggior parte di coloro che se ne occupano, la motivazione per impegnarsi in questo tipo di ricerca è tutt’altro che pratica e la fanno perché sono curiosi di ciò che non è ancora noto, e l’unico modo per scoprire cosa c’è oltre le frontiere conosciute è indagare l’Universo in modo scientifico.



Se saziare la curiosità fosse l’unico vantaggio di queste attività, potrebbe essere facile argomentare che è un frivolo spreco di risorse spendere così tanti soldi in un’impresa che non ha alcuna applicazione pratica ai problemi sostanziali che dobbiamo affrontare. Acquisire semplicemente la conoscenza fine a se stessa, anche se potrebbe essere un modo intellettualmente nobile di trascorrere il proprio tempo, non aiuterà l’umanità né a breve né a lungo termine.

Almeno, questo è l’argomento comune che le persone presentano contro il valore della ricerca di base senza applicazioni prevedibili.

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Utilizzando una varietà di metodi, gli scienziati possono estrapolare i valori della concentrazione atmosferica di CO2 di centinaia di migliaia di anni fa. I livelli attuali non hanno precedenti nella storia recente della Terra. Sebbene questo sia un problema molto reale con cui l’umanità deve fare i conti, la diminuzione dei finanziamenti alla scienza fondamentale semplicemente ostacola la nostra specie in modo diverso, senza necessariamente affrontare il problema in questione. Credito : NASA/NOAA

Ma diamo uno sguardo più da vicino alla ricerca di base e vediamo se, dopo tutto, essa davvero – anche se condotta esclusivamente per se stessa – non aiuta l’umanità in qualche modo notevole.

Uno degli esperimenti più costosi e spesso criticati al mondo oggi è il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. La sua costruzione è costata all’umanità più di dieci miliardi di dollari, con costi energetici sempre più alti per mantenerla operativa, è stata derisa come una delusione per chiunque sperasse che avrebbe potuto trovare nuove particelle che ci avrebbero portato oltre il Modello Standard. Invece, ha trovato il bosone di Higgs e nient’altro che non fosse stato scoperto prima, anche se ha misurato quelle particelle precedentemente scoperte in abbondanze mai viste prima, configurazioni composite e con una precisione maggiore che mai.

Ma anche se l’LHC non dovesse mai fare un’altra scoperta, sarebbe falso affermare che non ha già apportato enormi benefici all’umanità. Dalla tecnologia dei rilevatori agli elettromagneti ad alto campo controllati con precisione, ai progressi nella gestione dei dati e nella capacità di trasmissione delle informazioni, un numero enorme di sforzi molto pratici avanza ogni volta che spingiamo le frontiere della fisica delle particelle dove non sono mai state prima.

Lo stesso World Wide Web è stato inventato al CERN per contribuire ad affrontare proprio alcune di queste preoccupazioni più di 30 anni fa. I progressi tecnologici che stiamo facendo oggi – gli stessi progressi che rendono possibili i moderni esperimenti dell’LHC – pagheranno senza dubbio dividendi pratici negli anni e nei decenni a venire.

Interni dell'LHC
L’interno dell’LHC, dove i protoni si incrociano a 299.792.455 m/s, a soli 3 m/s dalla velocità della luce. Gli acceleratori di particelle come l’LHC sono costituiti da sezioni di cavità acceleranti, dove vengono applicati campi elettrici per accelerare le particelle all’interno, nonché porzioni di curvatura dell’anello, dove vengono applicati campi magnetici per dirigere le particelle in rapido movimento verso la cavità accelerante successiva o un punto di collisione. – Crediti : Maximilien Brice e Julien Marius Ordan, CERN

Nel campo dei voli spaziali, molti operatori anti-povertà sono stati tra i maggiori critici del programma Apollo. “Con così tanta sofferenza sulla Terra”, si chiede in genere, “perché dovremmo investire nell’andare sulla Luna: qualcosa senza alcun beneficio pratico immediato per i più bisognosi sul nostro pianeta?

E ancora una volta questo, da un certo punto di vista, ha un fondo di verità. C’erano e ci sono ancora problemi qui sulla Terra – guerra, fame, disuguaglianza, ingiustizia, inquinamento, ecc. – che l’andare sulla Luna non ha risolto affatto. Anche se potrebbe essere interessante da un punto di vista scientifico inviare esseri umani sulla Luna, indagare sulla superficie lunare, installare lì attrezzature scientificamente preziose, condurre esperimenti e riportare campioni sulla Terra, non è che il programma Apollo ci abbia aiutato a risolvere i problemi sulla Terra.

Apollo 8 sollevamento della terra
La prima visione con occhi umani della Terra che sorge sopra il lembo della Luna. La scoperta della Terra dallo spazio, con gli occhi umani, rimane uno dei risultati più iconici della storia della nostra specie. L’Apollo 8, avvenuta nel dicembre del 1968, fu una delle missioni precursori essenziali del successo dello sbarco sulla Luna, avvenuto per la prima volta il 20 luglio 1969. Da notare che il colore blu della Terra è dovuto agli oceani, non all’atmosfera, e che il pianeta Terra in questo momento conteneva tutti gli esseri umani tranne i tre che in quel momento erano a bordo dell’Apollo 8. – Credito : NASA/Apollo 8

Il programma Apollo, però, ha portato a un numero enorme di utili tecnologie derivate il cui beneficio economico (quello che gli investitori chiamano ROI: ritorno sull’investimento) ha superato di gran lunga l’importo cumulativo che abbiamo speso su di esso. Quando parli alle persone delle tecnologie derivate dal programma Apollo, di solito possono indicare il teflon e la penna spaziale, ma un numero enorme di tecnologie quotidiane che hanno migliorato la nostra vita sono arrivate come risultato diretto di quell’investimento. Non avremmo potuto prevederle in anticipo, ma ecco un elenco parziale:

  • alimenti liofilizzati,
  • tute rinfrescanti (dai conducenti di auto da corsa ai pazienti medici),
  • riciclaggio dei fluidi corporei (miglioramento della dialisi renale),
  • migliore isolamento in schiuma (impedisce il congelamento delle tubazioni),
  • tessuti ignifughi (attrezzatura antincendio rivoluzionata),
  • miglioramenti nella purificazione dell’acqua,
  • isolamento in lamina metallizzata (per l’efficienza del riscaldamento/raffreddamento domestico),
  • monitoraggio dei gas pericolosi,
  • cupole/coperture degli stadi,
  • miglioramenti delle simulazioni di terremoto e degli stress test,
  • pannelli solari,
  • il defibrillatore automatico impiantabile,

oltre a molti altri ancora. Ma una storia mi è sempre rimasta impressa dall’era Apollo, e viene per gentile concessione di Ernst Stuhlinger, che era direttore scientifico associato della NASA quando gli umani stavano muovendo i primi passi sulla superficie lunare.

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Ernst Stuhlinger (a sinistra) con Wernher von Braun (a destra) nei loro uffici nell’era pre-NASA del 1957. Stuhlinger, sebbene non famoso come von Braun, fu un pioniere della missilistica, uno scienziato tedesco portato nel dopoguerra come parte dell’Operazione Paperclip e uno dei più forti sostenitori delle missioni umane sulla Luna, su Marte e oltre. – Credito : Walter Sanders/Time Life Pictures

Stuhlinger ricevette una lettera da una suora preoccupata che si occupava di aiuti umanitari, suor Mary Jucunda, che era indignata dal fatto che Stuhlinger suggerisse di spendere così tanti soldi per un tentativo di inviare esseri umani su Marte. Con tutta la sofferenza del mondo, si chiedeva, perché investire in questo tipo di scienza?

Stuhlinger rispose raccontando una storia del suo paese d’origine (Germania) di centinaia di anni prima. Parlò della vita nella Germania feudale e in particolare in una regione governata da un conte benevolo ma eccentrico. Il Conte manteneva il suo popolo relativamente ben nutrito e al sicuro dagli invasori, ma era anche un individuo scientificamente curioso.

Quando gli fu mostrato che uno dei suoi cittadini stava armeggiando con lenti ottiche in serie per ingrandire notevolmente ciò che l’occhio umano poteva vedere senza aiuto, ne rimase entusiasta. Per la prima volta, gli esseri umani stavano scoprendo quello che oggi conosciamo come il mondo microscopico: il mondo dei germi, delle cellule e di altre entità che sono semplicemente troppo piccole per essere visibili a occhio nudo. Il conte diede a quest’uomo un posto nella sua corte e continuò a impiegarlo e incoraggiarlo nei suoi sforzi investigativi.

grafene
I laser ultravioletti, visibili e infrarossi possono tutti essere utilizzati per rompere l’ossido di grafene per creare fogli di grafene utilizzando la tecnica dell’incisione laser. I pannelli di destra mostrano immagini al microscopio elettronico a scansione del grafene prodotto su varie scale. Tutti i progressi nella microscopia moderna possono far risalire le loro origini ai primi esperimenti con lenti ottiche. Credito : M. Wang, Y. Yang e W. Gao, Trends in Chemistry, 2021

Poi le sorti della regione del Conte cambiarono. Una pestilenza colpì e molte persone soffrirono. Non c’era abbastanza cibo e anche le malattie cominciarono a dilagare. Il Conte si risolse a dedicare gran parte delle sue risorse al nutrimento e al trattamento della sua gente, ma nonostante gli appelli pubblici a smettere di sprecare risorse finanziando l’eccentrico produttore di lenti, il Conte rifiutò.

Vi do tutto quello che posso permettermi”, diceva il Conte alla gente, “ma sosterrò anche quest’uomo e il suo lavoro, perché so che un giorno ne verrà fuori qualcosa!

Effettivamente qualcosa ne venne fuori, anche se non rientrava nell’ambito della vita del Conte o del fabbricante di lenti: il microscopio. Probabilmente il più grande strumento che abbiamo mai sviluppato nella storia della biologia e della medicina è nato perché qualcuno fu disposto a investire nell’esplorazione dell’ignoto. I benefici per le generazioni future sono stati molto, molto maggiori perché una piccola quantità di risorse è stata investita non per affrontare una crisi immediata, ma piuttosto per il beneficio a lungo termine di tutta l’umanità.

Non c’è mai la garanzia che ciò che troveremo sarà utile in futuro, ed è spesso impossibile prevedere che tipo di applicazioni pratiche emergeranno ogni volta che osserveremo l’Universo in modi mai visti prima. Ma spesso è proprio lì che attendono i progressi più grandi.

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Un moderno scanner MRI clinico ad alto campo. Le macchine per la risonanza magnetica rappresentano oggi il più grande uso medico o scientifico dell’elio e fanno uso di transizioni quantistiche nelle particelle subatomiche: i nuclei che si trovano all’interno degli atomi. Questa applicazione della tecnologia atomica era praticamente inimmaginabile nelle prime fasi della ricerca sulla fisica nucleare. Credito : Ptrump16/Wikimedia Commons

Quando scoprimmo l’elettromagnetismo, non avevamo modo di sapere che avrebbe portato alla radio, alla televisione e all’intera industria delle telecomunicazioni. Quando abbiamo scoperto la meccanica quantistica, non avevamo idea che avrebbe portato al transistor, al computer elettronico e a tutta l’elettronica moderna. Quando abbiamo scoperto la fisica nucleare e il segreto racchiuso nell’atomo, non avremmo potuto immaginare che ciò avrebbe portato a terapie mediche antitumorali e a strumenti diagnostici come le macchine per la risonanza magnetica (MRI). Senza dubbio, anche se potrebbe essere difficile prevedere quali saranno, investire nella ricerca di base alle frontiere della scienza è destinato a dare i suoi frutti, in futuro, in modi che oggi sono praticamente inimmaginabili.

Eppure, c’è un’altra ragione – del tutto estranea ai benefici tecnologici a valle che potrebbero derivare dall’investimento nella scienza – per cui dovremmo perseguire tali fini: tutta la società trae beneficio quando siamo collettivamente ispirati. Non possiamo spendere tutto il nostro tempo e le nostre risorse pensando esclusivamente a preoccupazioni mondane e terrestri, poiché gli eventi sulla Terra spesso ci dividono gli uni dagli altri. Ma uno sguardo verso le profondità dello spazio ci ricorda sempre la stessa grande verità: c’è un universo straordinario e vasto là fuori, e in tutto questo, la Terra è l’unico posto che abbiamo mai scoperto che sia amichevole per forme di vita come la nostra.

JWST Quintetto di Stephan
Questo contrasto tra la visione di Hubble del Quintetto di Stephan e la visione NIRCam di JWST rivela una serie di caratteristiche che sono appena evidenti o per nulla evidenti con un insieme più corto di lunghezze d’onda. Le differenze tra le immagini evidenziano quali caratteristiche JWST può rivelare e che Hubble non vede. – Crediti : NASA, ESA e il team Hubble SM4 ERO; NASA, ESA, CSA e STScI

Ma c’è un’altra verità che tocca un aspetto diverso del problema – implicita ma mai dichiarata – che è importante discutere: se smettessimo di finanziare la ricerca di base e dedicassimo invece quelle risorse ai problemi immediati che riteniamo “più importanti”, questi miseri investimenti scientifici, anche se reindirizzati, sarebbero tristemente insufficienti a risolvere i problemi in questione.

Il cambiamento climatico è un problema multimiliardario che richiede un’azione collettiva su scala globale per essere risolto. La fame globale, la povertà, la disuguaglianza e la prevenzione delle pandemie richiedono tutti investimenti aggiuntivi e, ancora una volta, un coordinamento globale, che ammonta a centinaia di miliardi di dollari se si vuole affrontarli adeguatamente. La fusione nucleare, un’impresa scientifica che, se realizzata in modo scalabile e ampiamente dispiegabile, risolverebbe la crisi energetica e climatica in un colpo solo, riceve meno finanziamenti, ogni anno, rispetto ai sussidi ai coltivatori di noccioline negli Stati Uniti.

fusione nucleare
Il plasma al centro di questo reattore a fusione è così caldo da non emettere luce; è visibile solo il plasma più freddo situato sulle pareti. Si possono vedere tracce di interazione magnetica tra il plasma caldo e quello freddo. I plasmi confinati magneticamente sono arrivati, tra tutti gli approcci, più vicini al raggiungimento del punto di pareggio, ma la scienza della fusione nel suo complesso rimane gravemente sottofinanziata e di conseguenza è diventata un campo pieno di ciarlatani e frodi. – Credito : Istituto nazionale di ricerca sulla fusione, Corea

La realtà è che ci sono molti, molti sforzi meritevoli su cui investire per aumentare il bene collettivo per l’umanità nel mondo, sia a breve che a lungo termine. Ci sono moltissimi posti in cui potrebbe avere senso spendere pochi centesimi, ma l’idea che sarebbe vantaggioso per l’umanità investire meno nella ricerca di base – il motore di tutta l’innovazione futura e uno dei pochi investimenti sociali che storicamente ha sempre prodotto rendimenti maggiori rispetto all’importo investito in esso è un’idea infondata con una montagna di prove che si oppongono.

Eppure, il motivo principale per continuare a esplorare l’Universo non è perché sia ​​redditizio, né perché sia ​​vantaggioso, e nemmeno perché sia ​​fonte di ispirazione, anche se in realtà è tutte e tre queste cose. Il motivo per cui esploriamo l’Universo è perché è lì e perché possiamo, e la nostra ricerca di conoscenza oltre le frontiere attuali è ciò che ci spinge a portare avanti lo sforzo collettivo della civiltà umana.

In un certo senso, non siamo altro che scimmie specializzate: capaci di alterare il mondo in modi profondi, ma non ancora abbastanza saggi da smettere di saccheggiare le stesse risorse di cui abbiamo bisogno per garantire un futuro in cui l’umanità possa prosperare in modo sostenibile.

Prescrivere cure per tutti i problemi che affliggono la nostra specie e il nostro pianeta va ben oltre lo scopo di questo articolo, ma una cosa è certa: se smetteremo di investire nella ricerca di base che ci porta oltre le frontiere conosciute, non raggiungeremo mai i risultati sperati, gli obiettivi elevati che rappresentano i sogni comuni dei nostri antenati, contemporanei e discendenti.

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