Fred Hoyle

Lo spazio non è affatto remoto. È a solo un'ora di macchina se la tua auto potesse andare dritta verso l'alto.

Sir Fred Hoyle era un astronomo inglese che formulò la teoria della nucleosintesi stellare. Sostenne anche posizioni controverse su altre questioni scientifiche, in particolare il suo rifiuto della teoria del "Big Bang", un termine da lui coniato alla radio della BBC, e la sua promozione della panspermia come origine della vita sulla Terra. Scrisse anche romanzi di fantascienza, racconti brevi e opere radiofoniche, e coautore di dodici libri con suo figlio, Geoffrey Hoyle. Trascorse la maggior parte della sua vita lavorativa presso l'Institute of Astronomy di Cambridge e ne fu direttore per sei anni.

Primi anni e carriera

Hoyle nacque vicino a Bingley a Gilstead, West Riding dello Yorkshire, Inghilterra. Suo padre, Ben Hoyle, violinista che lavorava nel settore tessile a Bradford, prestò servizio come mitragliere nella Prima Guerra Mondiale. Sua madre, Mabel Pickard, aveva studiato musica al Royal College of Music di Londra e successivamente lavorò come pianista di cinema. Hoyle studiò alla Bingley Grammar School e studiò matematica all'Emmanuel College, Cambridge.

Nel 1936 vinse il Mayhew Prize congiuntamente con George Stanley Rushbrooke.

Alla fine del 1940, Hoyle lasciò Cambridge per andare a Portsmouth a lavorare per l'Ammiragliato sulla ricerca radar, ad esempio escogitando un metodo per ottenere l'altitudine degli aerei in arrivo. Fu anche incaricato di gestire le contromisure contro le armi guidate radar trovate sulla Graf Spee. Il progetto radar britannico impiegava più personale del progetto Manhattan e fu probabilmente l'ispirazione per il grande progetto britannico in The Black Cloud. Due colleghi chiave in questo lavoro di guerra erano Hermann Bondi e Thomas Gold, e i tre ebbero molte e profonde discussioni sulla cosmologia. Il lavoro radar pagò un paio di viaggi in Nord America, dove colse l'occasione di visitare astronomi. In uno dei suoi viaggi negli Stati Uniti imparò delle supernovae a Caltech e Mount Palomar e, in Canada, la fisica nucleare dell'implosione ed esplosione del plutonio, notò alcune somiglianze tra i due e iniziò a pensare alla nucleosintesi delle supernovae. Ebbe un'intuizione in quel momento "Mi farò un nome se questo funziona." Alla fine nel 1954 uscì il suo articolo presciente e rivoluzionario. Formò anche un gruppo a Cambridge che esplorasse la nucleosintesi stellare nelle stelle ordinarie ed era preoccupato dalla scarsità di produzione di carbonio stellare nei modelli esistenti. Notò che uno dei processi esistenti sarebbe stato reso un miliardo di volte più produttivo se il nucleo di carbonio-12 avesse una risonanza a 7,7 MeV, ma i fisici nucleari non ne elencavano uno. In un altro viaggio visitò il gruppo di fisica nucleare a Caltech, trascorrendovi alcuni mesi di congedo sabbatico e li persuase nonostante il loro considerevole scetticismo a cercare e trovare lo stato di Hoyle nel carbonio-12, da cui si sviluppò una teoria completa della nucleosintesi stellare, coautore di Hoyle con alcuni membri del gruppo di Caltech.

Dopo la guerra, nel 1945, Hoyle tornò all'Università di Cambridge, iniziando come lettore al St John's College, Cambridge. Gli anni di Cambridge di Hoyle, 1945-1973, lo videro salire al vertice della teoria dell'astrofisica mondiale, sulla base di un'originalità straordinaria di idee che coprivano un ampio spettro di argomenti. Nel 1958, Hoyle fu nominato al prestigioso incarico di Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy all'Università di Cambridge. Nel 1967, divenne il direttore fondatore dell'Institute of Theoretical Astronomy successivamente rinominato Institute of Astronomy, Cambridge, dove la leadership innovativa di Hoyle portò rapidamente questo istituto a diventare uno dei gruppi più importanti del mondo per l'astrofisica teorica. Nel 1971 fu invitato a tenere la MacMillan Memorial Lecture all'Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland. Scelse l'argomento "Astronomical Instruments and their Construction". Hoyle fu nominato cavaliere nel 1972. Hoyle rassegnò le dimissioni dalla sua posizione di Plumian professor nel 1972 e dalla sua direzione dell'istituto nel 1973, una mossa che lo tagliò di fatto fuori dalla maggior parte della sua base di potere istituzionale, dalle sue connessioni e dallo stipendio regolare.

Dopo aver lasciato Cambridge, Hoyle scrisse molti libri di divulgazione scientifica e fantascienza, nonché presentò conferenze in tutto il mondo. Parte della motivazione per questo era semplicemente fornire un mezzo di sostentamento. Hoyle era ancora membro del comitato di politica congiunta dal 1967, durante la fase di pianificazione del telescopio Anglo-Australiano da 150 pollici presso Siding Spring Observatory nel Nuovo Galles del Sud. Divenne presidente del consiglio del telescopio Anglo-Australiano nel 1973 e presiedette la sua inaugurazione nel 1974 da parte di Charles, Principe del Galles. Dopo le sue dimissioni da Cambridge, Hoyle si trasferì nel Lake District e riempì il suo tempo con una miscela di trekking sulle brughiere, scrittura di libri, visite a centri di ricerca in tutto il mondo e lavoro su idee scientifiche che sono state quasi universalmente rifiutate. Il 24 novembre 1997, mentre faceva escursioni attraverso le brughiere nell'Inghilterra occidentale dello Yorkshire, vicino alla sua casa d'infanzia a Gilstead, Hoyle cadde in una ripida gola chiamata Shipley Glen. Circa dodici ore dopo, Hoyle fu trovato da un cane da ricerca. Fu ospedalizzato per due mesi con polmonite e problemi renali derivanti da ipotermia, nonché da una spalla rotta dalla caduta. Successivamente entrò in un chiaro declino, soffrendo di problemi di memoria e agilità mentale. Nel 2001, soffrì di una serie di ictus e morì a Bournemouth il 20 agosto di quell'anno.

Origine della nucleosintesi

Hoyle è autore dei primi due articoli di ricerca mai pubblicati sulla sintesi degli elementi chimici più pesanti dell'elio mediante reazioni nucleari nelle stelle. Il primo di questi nel 1946 mostrò che i nuclei delle stelle si evolveranno a temperature di miliardi di gradi, molto più calde delle temperature considerate per l'origine termonucleare della potenza stellare nelle stelle della sequenza principale. Hoyle dimostrò che a temperature così elevate l'elemento ferro può diventare molto più abbondante di altri elementi pesanti a causa dell'equilibrio termico tra particelle nucleari, spiegando l'alta abbondanza naturale del ferro. Questa idea sarebbe stata successivamente chiamata il processo e. La seconda pubblicazione fondamentale sulla nucleosintesi di Hoyle mostrò che gli elementi tra il carbonio e il ferro non possono essere sintetizzati da tali processi di equilibrio. Li attribuì a specifiche reazioni di fusione nucleare tra costituenti abbondanti in gusci concentrici di stelle massive evolute, pre-supernova. Questo quadro straordinariamente moderno è il paradigma accettato oggi per la nucleosintesi di supernova di questi elementi primari. A metà degli anni '50, Hoyle divenne il leader di un gruppo di fisici sperimentali e teorici molto talentuosi che si incontravano a Cambridge: William Alfred Fowler, Margaret Burbidge e Geoffrey Burbidge. Questo gruppo sistematizzò le idee fondamentali su come tutti gli elementi chimici nel nostro universo furono creati, diventando questo ora un campo chiamato nucleosintesi. Famosamente, nel 1957, questo gruppo produsse il documento B2FH noto per le iniziali dei quattro autori in cui il campo della nucleosintesi fu organizzato in processi nucleari complementari. Aggiunsero anche molto nuovo materiale sulla sintesi di elementi pesanti mediante reazioni di cattura di neutroni, il cosiddetto processo s e il processo r. Il documento B2FH divenne così influente che per il resto del ventesimo secolo divenne la citazione predefinita di quasi tutti i ricercatori desiderosi di citare un'origine accettata della teoria della nucleosintesi, e di conseguenza l'articolo rivoluzionario di Hoyle del 1954 cadde nell'oscurità. La ricerca storica nel 21° secolo ha riportato l'articolo di Hoyle del 1954 alla prominenza scientifica. Quegli argomenti storici furono presentati per la prima volta a un raduno di esperti di nucleosintesi che frequentavano una conferenza del 2007 a Caltech organizzata dopo la morte sia di Fowler che di Hoyle per celebrare il 50° anniversario della pubblicazione di B2FH. Ironia della sorte, il documento B2FH non ha esaminato l'attribuzione di Hoyle del 1954 dei gusci di supernova dell'origine degli elementi tra il silicio e il ferro nonostante la coautoralità di Hoyle di B2FH. Sulla base delle sue molte discussioni personali con Hoyle, Donald D. Clayton ha attribuito questo apparentemente inspiegabile errore in B2FH alla mancanza di correzione di bozze da parte di Hoyle della bozza composta a Caltech nel 1956 da G.R. Burbidge ed E.M. Burbidge.

Il secondo dei documenti sulla nucleosintesi di Hoyle introdusse anche un interessante uso del principio antropico, che non era allora noto con quel nome. Nel tentativo di elaborare i percorsi della nucleosintesi stellare, Hoyle calcolò che una particolare reazione nucleare, il processo triplo-alfa, che genera carbonio dall'elio, richiederebbe al nucleo di carbonio di avere un'energia di risonanza molto specifica e uno spin per funzionare. La grande quantità di carbonio nell'universo, che rende possibile l'esistenza di forme di vita basate sul carbonio di qualsiasi tipo, dimostrò a Hoyle che questa reazione nucleare deve funzionare. Sulla base di questa nozione, Hoyle predisse quindi i valori dell'energia, dello spin nucleare e della parità dello stato composto nel nucleo di carbonio formato da tre particelle alfa nuclei di elio, il che fu successivamente confermato dall'esperimento.

Questo livello di energia, sebbene necessario per produrre carbonio in grandi quantità, era statisticamente molto improbabile che cadesse dove cade nello schema dei livelli di energia del carbonio. Hoyle scrisse successivamente:

Non diresti a te stesso, "Un super-intelletto calcolatore deve aver progettato le proprietà dell'atomo di carbonio, altrimenti la possibilità di trovare un tale atomo attraverso le forze cieche della natura sarebbe assolutamente minuscola. Un'interpretazione del senso comune dei fatti suggerisce che un'superintelletto ha manipolato la fisica, così come la chimica e la biologia, e che non ci sono forze cieche che vale la pena menzionare in natura. I numeri che calcolo dai fatti mi sembrano così schiaccianti da mettere questa conclusione quasi al di là di ogni dubbio."

Il suo collaboratore William Alfred Fowler alla fine vinse il Premio Nobel per la Fisica nel 1983 con Subrahmanyan Chandrasekhar, ma per qualche motivo il contributo originale di Hoyle fu trascurato dagli elettori, e molti furono sorpresi che un astronomo così illustre fosse escluso. Fowler stesso in uno schizzo autobiografico affermò gli sforzi pionieristici di Hoyle:

Una targa blu alla Bingley Grammar School lo commemora Il concetto di nucleosintesi nelle stelle fu stabilito per la prima volta da Hoyle nel 1946. Questo fornì un modo per spiegare l'esistenza di elementi più pesanti dell'elio nell'universo, fondamentalmente mostrando che elementi critici come il carbonio potevano essere generati nelle stelle e poi incorporati in altre stelle e pianeti quando quella stella "muore". Le nuove stelle formate ora iniziano con questi elementi più pesanti e elementi ancora più pesanti si formano da essi. Hoyle teorizzò che altri elementi più rari potevano essere spiegati da supernovae, le esplosioni giganti che occasionalmente si verificano in tutto l'universo, le cui temperature e pressioni sarebbero necessarie per creare tali elementi.orando lui

Rifiuto del Big Bang

Pur non avendo obiezioni alla teoria di Lemaître successivamente confermata dalle osservazioni di Edwin Hubble che l'universo si stava espandendo, Hoyle non era d'accordo sulla sua interpretazione. Trovava l'idea che l'universo avesse un inizio essere pseudoscienza, assomigliando ad argomenti per un creatore, "perché è un processo irrazionale e non può essere descritto in termini scientifici" vedi argomento cosmologico di Kalam. Invece, Hoyle, insieme a Thomas Gold e Hermann Bondi con cui aveva lavorato al radar nella Seconda Guerra Mondiale, nel 1948 iniziò ad argomentare per l'universo come in uno stato "stazionario" e formulò la loro teoria dello Stato Stazionario. La teoria tentò di spiegare come l'universo potesse essere eterno ed essenzialmente immutabile pur avendo le galassie che osserviamo allontanarsi l'una dall'altra. La teoria si basava sulla creazione di materia tra le galassie nel tempo, così che anche se le galassie si allontanano, nuove che si sviluppano tra loro riempiono lo spazio che lasciano. L'universo risultante è in uno "stato stazionario" nello stesso modo in cui un fiume che scorre è, le singole molecole d'acqua si stanno allontanando ma il fiume nel complesso rimane lo stesso.

La teoria era un'alternativa al Big Bang che, come il Big Bang, era d'accordo con le osservazioni chiave dell'epoca, vale a dire le osservazioni del redshift di Hubble, e Hoyle era un forte critico del Big Bang. Coniò il termine "Big Bang" alla trasmissione della BBC Third Programme il 28 marzo 1949. Fu popolarmente riferito da George Gamov e dai suoi oppositori che Hoyle intendeva essere spregiativo, e lo script da cui lesse ad alta voce fu interpretato dai suoi oppositori come "vanitoso, unilaterale, offensivo, non degno della BBC". Hoyle negò esplicitamente di essere offensivo e disse che era solo un'immagine suggestiva intesa a enfatizzare la differenza tra le due teorie per il pubblico radiofonico. In un'altra intervista della BBC disse "Il motivo per cui gli scienziati amano il "big bang" è perché sono messi in ombra dal Libro della Genesi. È profondamente nella psiche della maggior parte degli scienziati credere nella prima pagina della Genesi".

Hoyle ebbe una discussione notoriamente accesa con Martin Ryle del Cavendish Radio Astronomy Group sulla teoria dello stato stazionario di Hoyle, che in qualche modo limitò la collaborazione tra il Cavendish