Perché in astronomia c’è così tanta matematica e fisica?

Molte persone che vogliono approfondire i grandi temi dell'astronomia, dopo un po' mi pongono questa domanda, spaventati e di certo scoraggiati dalla situazione. La risposta è semplice: perché numeri e formule sono il linguaggio con cui si può descrivere in modo oggettivo e non interpretabile il comportamento dell’Universo.

La Natura stessa sembra avere nella matematica il suo linguaggio fondamentale: niente è lasciato al caso, tutto può essere descritto con precise regole fisiche che utilizzano la matematica per essere espresse. 

Sulla Terra, due persone che non si conoscono, un cinese e un arabo, non si comprenderanno mai senza conoscere almeno qualche parola delle rispettive lingue.

La matematica invece, o meglio, i suoi principi base, sono gli stessi sulla Terra e nell'intero Universo. Il significato di addizione, sottrazione, divisione e moltiplicazione sono fissati dalla Natura, non dall'Uomo, il quale ha solo inventato una nomenclatura per poterle applicare e scrivere su un foglio. I numeri primi, i numeri divisibili per due, i numeri razionali, irrazionali e complessi, la potenza di un numero e le radici di un'equazione sono proprietà universali, che valgono in ogni posto dell'Universo, perché intrinseche a questo Universo.

La matematica, dunque, è il linguaggio della Natura, attraverso il quale possiamo spiegare il suo comportamento fondato su regole fisiche, ovvero su regole spiegabili con la notazione matematica.

Possiamo affinare questo concetto dicendo che nell'ambito della Natura, intesa come Universo, la matematica rappresenta le lettere dell'alfabeto, la fisica parole e frasi di senso compiuto con la quale si sviluppa e funziona.

Ultimo, ma non per importanza: la matematica è molto più sintetica delle parole.

Vediamo un piccolo esempio: siamo degli astronomi che studiano la forma delle galassie chiamate a spirale e scopriamo con molta sorpresa che tutte hanno delle dimensioni definite; inoltre, maggiori sono le dimensioni, maggiori sono le stelle contenute. Questa teoria, per essere accettabile, deve quantificare con numeri le parole espresse, le quali sono interpretabili e non forniscono dati oggettivi. Dire, ad esempio, che tutte le spirali hanno dimensioni inferiori a 100 mila anni luce e che le dimensioni sono proporzionali al numero di stelle contenute, è già un buon metodo per esprimere la propria teoria perché espressa secondo grandezze definite.

Se poi riuscissimo a tradurre in linguaggio puramente matematico tutto questo ragionamento, la frase precedente potrebbe essere espressa con due semplici formule che richiedono neanche un quarto di riga: semplice, breve, oggettivo e NON interpretabile!

C’è una certa riverenza, se non paura verso qualsiasi simbolo matematico, ma in realtà comprendere le formule e saperle leggere in modo adeguato non è differenze dall’imparare a comprendere una nuova lingua, oppure le note di una composizione musicale scritte su un pentagramma. Tutti possono riuscirci senza alcun problema!