La cosmologia scientifica nasce nel 1917 con il lavoro di Albert Einstein Considerazioni cosmologiche sulla teoria della relatività generale e come disciplina scientifica o addirittura come disciplina fondante le altre parti della scienza ha come oggetto l'universo nel suo insieme. Ora uno si può domandare se sia possibile un investigazione scientifica dell'universo nel suo insieme, in che senso. Per apprezzare meglio la profondità di questa domanda dobbiamo partire dicendo che una parola che denoti l'universo nel suo insieme, e questa parola è cosmo, è stata introdotta nel cinquecento avanti Cristo si dice da Pitagora Quindi per metà della storia e convenzionalmente si fa iniziare la storia intorno al 3 mila avanti Cristo, l'uomo ha potuto fare a meno di una parola che denoti la totalità delle cose nel suo insieme. Quindi se non c'era una parola che denotasse la totalità delle cose nel suo insieme questa problematica filosofica e scientifica non era messa a tema di sicuro. Le parole che denotano la totalità delle cose nel suo insieme sono cosmo per l'appunto. Mondo in latino mundus che è la traduzione letterale di cosmo, entrambi vogliono dire bellezza. La bellezza che deriva dall’ordine e fanno riferimento a una collana per donne: mundus in italiano indica monile, cosmo è l'origine della parola cosmetica. Universo è una parola introdotta da Lucrezio nel De rerum naturae. La cosmologia antica è la cosmologia tolemaica aristotelica-tolemaica e già nella cosmologia antica un ruolo fondamentale è giocato dalla gravità, dall’attrazione gravitazionale. Nella teoria di Aristotele, la gravità si spiega con il moto naturale degli oggetti pesanti che tendono verso il centro dell'universo che coincide col centro della terra. Quindi la gravità era in un certo senso spiegata e fondava l'ordine del cosmo, divideva l'universo nel mondo sub lunare sopra lunare. Nel mondo sublunare c'era il cambiamento, i movimenti violenti, movimenti naturali che tendono verso il centro della terra per i corpi pesanti o se ne allontanano per i corpi leggeri, e il movimento circolare perfetto nel mondo super uranico supra lunare dei corpi celesti, il moto circolare perfetto che non ha né inizio né fine. La gravità dunque questo movimento naturale delle cose fonda anche l'ordine del cosmo antico. La rivoluzione copernicana nel 1543 cambia questo ordine delle cose cambiando la posizione della terra e del sole. Adesso il centro dell'universo è il sole e la terra ha preso a circolare attorno al sole. Questa rivoluzione che non fu percepita immediatamente come rivoluzione nel 1543 con la pubblicazione dell'opera di Copernico e diciamo i processi di Galileo sono nei primi 30 anni del 1600 a Galileo, tra le altre questioni importanti a proposito dell'ordine cosmico riapre la questione di che cosa sia la gravità perché se la terra non si trova più al centro del dell'universo neanche si sa perché gli oggetti vengono attirati dalla terra. Con tutto questo nonostante questa diciamo ignoranza ignoranza che Newton qui afferma nonostante la sua formulazione della legge di gravitazione universale Newton dice di non sapere che cosa sia la gravità, questo nuovo ordine del cosmo copernicano che però non spiega che cosa è la gravità è durato fino al 1917. In un certo senso per riaprire la questione bisognava capire che cosa è la gravità e che cosa è la gravità, anche se non è ancora una questione completamente risolta e anzi non è una questione risolta, comunque una grossa svolta è stata data da Einstein con le due teorie della relatività la relatività ristretta del 1905 la relatività generale del 1915. Queste due teorie mettono in questione la nozione di spazio assoluto introdotta da Newton. Per fondare la sua fisica Einstein prima di tutto ha riunificato le leggi della meccanica e dell'elettromagnetismo con il principio di relatività che stabilisce che tutte le leggi della natura appaiono nella stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Questo principio di relatività tiene fuori la gravità perché la gravità di Newton presuppone una azione a distanza a velocità di propagazione di questa azione a distanza infinita, mentre dal principio di relatività e dalle equazioni di Maxwell segue che la velocità della luce è un limite invalicabile. Allora partendo da un problema sostanzialmente estetico Einstein ha lavorato per 10 anni facendo anche mille altre cose ovviamente, non ha pubblicato solo questo articolo del 1915 ha pubblicato molti altri contributi importanti. Nel 1915 ha fondato la interpretazione geometrica della gravità: la gravità non è una forza a distanza, la gravità è una manifestazione della curvatura dello spazio tempo. Ora che c'era questa nuova idea di curvatura dello spazio tempo, questa nuova teoria, la relatività generale, si poteva applicare all’universo nel suo insieme. Prima quando spazio e tempo erano distinti non era neanche possibile pensare allo spazio tempo non più come un palcoscenico della fisica ma come un attore della fisica. Ora ci sono le equazioni di Einstein che legano la curvatura dello spazio tempo al contenuto di energia e quantità di moto dello spazio tempo. Quindi nel 1917 il problema che Einstein si posa era quello di andare fino in fondo in questa sua nuova idea e vedere se veramente valeva in senso esteso il principio di Mach che aboliva lo spazio assoluto e stabiliva lo spazio tempo come relazione tra i contenuti tra gli oggetti le masse contenute nell'universo. Togliamo tutta la massa nell'universo e scompare anche lo spazio tempo. Questo era il modello cilindrico di Einstein di spazio tempo curvo: una sfera curva era la sezione spaziale del modello di Einstein, il primo passo nella cosmologia moderna Ovviamente Einstein si fondava sull'idea che lo spazio tempo dovesse essere statico ma subito dopo furono trovate, Einstein stesso lo sapeva, soluzioni dinamiche per la curvatura dello spazio tempo nel 1922 da Friedman e subito dopo da Lemaitre, un prete belga padre in realtà della cosmologia moderna. Infatti è nel lavoro di Lemaitre che si intitola Un universo in espansione, come applicazione della relatività generale. Nel 1929 l’espansione dell'universo fu osservata empiricamente da Hubble ma prevista già nel 1927 da Lemaitre. L’universo è pensabile come un oggetto dinamico, un oggetto dinamico che si sta espandendo ma non si sta espandendo nel senso che è una sfera che si gonfia in qualcosa di esterno Sono le distanze proprie tra gli oggetti che aumentano al passare del tempo come se dilatassimo una superficie diciamo di gomma. La tiriamo disegniamo due punti su questa superficie e dilatando i due punti non è che si sta muovendo ma si allontanano per effetto dell'espansione della superficie. Questa idea diciamo di cosmo dinamico in espansione è un'idea che a tutt'oggi rimane valida fondata sulla relatività generale. Anche se la concezione che abbiamo oggi del cosmo è piuttosto diversa da quella che si aveva nel 1929 il cosmo è composto essenzialmente di quattro componenti che sono la materia includendo in questo la materia oscura che è la parte più grande della materia ma materia più materia oscura non costituiscono che intorno al al 30 per cento del contenuto di energia dell'universo. L'altro 70 per cento è una quantità ignota, ignota non nel senso che non sappiamo nulla, ne vediamo solo gli effetti gravitazionali, è una sostanza che chiamiamo energia oscura che in un certo modo è interpretabile come la famosa costante cosmologica introdotta nel 1917 da Einstein per trovare una soluzione statica delle sue equazioni che non c'era, appunto ha dovuto modificare una soluzione statica cosmologica delle sue equazioni non essendoci ha dovuto modificare le equazioni aggiungendo questo termine detto la costante cosmologica che fu in un certo modo rifiutato da tutta la comunità scientifica una volta scoperta l'espansione dell'universo tranne il solo Lemaitre che negli anni quaranta e cinquanta era rimasto l'unico a crederci. Nel 1997 questa espansione accelerata dell'universo cioè la distanza tra gli ammassi di galassie sta aumentando ma non solo sta aumentando per l'espansione dell'universo ma sta aumentando in maniera accelerata cioè questa espansione accelera e qual è il carburante di questa accelerazione? È questa sostanza ignota che chiamiamo energia oscura una costante cosmologica di cui ignoriamo quasi tutto tranne il fatto che esiste.