Tutti sanno che Albert Einstein era un genio, ma quanti possono spiegare quali sono state le sue intuizioni? La teoria della relatività generale ha ormai superato i 100 anni ma quanti sanno realmente cosa dice? In realtà, la teoria della relatività generale fu pubblicata nel 1915, durante la prima guerra mondiale, ma rimase una teoria non dimostrata fino a quando furono scattate alcune fotografie che la comprovarono durante un’eclissi solare avvenuta il 29 maggio 1919.
La teoria della relatività generale di Einstein è diventata famosa per la sua descrizione incredibilmente elegante, bella e accurata di come funziona il cosmo.
Perché devo conoscere la relatività?
Sapere cose come questa è come sapere “Da dove vengono i bambini” o “Perché il cielo è blu” e, in realtà, è abbastanza semplice da capire. È anche utile sapere come è stato dimostrata, sia 100 anni fa, sia molto più recentemente dal Telescopio Spaziale Hubble e con la recente rilevazione delle onde gravitazionali .
L’astrofisico e ingegnere aerospaziale di Los Angeles, il Dr. Erin Macdonald, specializzato in relatività generale, e che in precedenza ha collaborato alla LIGO Scientific Collaboration alla ricerca di onde gravitazionali, una predizione chiave della relatività di Einstein ci spiega cosa dice la teoria delle relatività generale, come è stata dimostrata e perché è così importante.
L’universo a 4D
La gravità del Sole piega lo spazio attorno ad esso. Con effetto bokeh. – GETTY
La metafora: una palla da bowling su un trampolino
“La palla da bowling sul trampolino è l’immagine con cui la maggior parte delle persone si sente a proprio agio: si introduce la massa (la palla da bowling) su questo tessuto e si piega, curvandosi”, dice. “Il modo più breve per riassumere il concetto è che le curve generate dalla massa nello spazio-tempo indicano come muoversi. Quindi la curvatura dello spazio-tempo determina il movimento degli oggetti nel nostro Universo, persino gli oggetti senza massa come i fotoni o le particelle di luce che viaggiano in linea retta attraverso lo spazio-tempo curvo.” Ricordate quest’ultima parte…
Il significato
“Molte delle teorie scientifiche di Einstein erano guidate da esperimenti mentali su problemi attuali nella scienza. I buchi nella gravità newtoniana erano già stati analizzati da un po’ e anche l’idea dello spazio-tempo era stata sviluppata qualche decennio prima “, afferma Macdonald. “Ma Einstein introdusse la matematica nella nozione di spazio-tempo, prevedendo che i fasci di luce si sarebbero incurvati e che le onde nello spazio-tempo, chiamate onde gravitazionali, vengono prodotte quando le stelle esplodono o si scontrano. Era una nuova teoria della gravità che risolveva molti problemi con la gravità newtoniana, ma gli scienziati sono addestrati a essere scettici. Volevano prove chiare“.
Riassunto
- Lo spazio non è piatto: tutti gli oggetti dotati di massa distorcono e curvano lo spazio-tempo, così il sole cambia la geometria dello spazio-tempo attorno ad esso;
- La gravità è un sintomo di quella distorsione e curvatura, non è una forza innata naturale;
- I fasci di luce si curvano mentre attraversavano lo spazio-tempo curvo;
- Ondulazioni dello spazio-tempo chiamate onde gravitazionali vengono prodotte quando le stelle esplodono o si scontrano.
Mercurio è il pianeta più vicino al Sole, quindi è quasi sempre perso nel suo bagliore. – LABORATORIO DI FISICA APPLICATA DELLA JOHNS HOPKINS UNIVERSITY / CARNEGIE INSTITUTION DI WASHINGTON
La prova
- L’orbita di Mercurio;
- Deformazione leggera durante un’eclissi;
- Lenti gravitazionali;
- Onde gravitazionali.
Anche se Einstein aveva dimostrato a sé stesso che la sua teoria era buona, poiché spiegava la strana orbita di Mercurio, qualcosa che le leggi newtoniane non potevano spiegare, aveva bisogno che gli astronomi osservassero la leggera deflessione dei fasci luminosi provocata dal Sole.
Un’eclissi solare totale. – GETTY
La prova che la luce viene deviata è stata ottenuta 100 anni fa. “Gli scienziati erano scettici e l’eclissi solare totale [il 29 maggio 1919] fu una grande opportunità per mettere davvero alla prova la teoria di Einstein.“, dice Macdonald. Un gruppo di astronomi britannici ottennero la conferma della teoria di Einstein e per farlo dovettero trasferirsi in Brasile, per scattare foto delle stelle vicino al Sole durante un’eclissi totale. Le foto mostrarono che le stelle erano nella posizione predetta da Einstein, non da Isaac Newton; i fasci di luce si incurvano mentre attraversano lo spazio-tempo curvato da un oggetto massiccio (in questo caso il nostro sole). “Lo stesso esperimento è stato ripetuto negli anni ’20 e ’50“, afferma Macdonald.
Altre prove arrivarono quando il telescopio spaziale Hubble fu messo in orbita negli anni ’90, dimostrando che le lenti gravitazionali esistono e permettono agli astronomi di vedere le galassie dietro le galassie. “Abbiamo visto ‘Einstein’s Crosses’, le croci di Einstein, ovvero un fenomeno che accade quando una grande massa curva la stessa immagine in diverse direzioni attorno a sé, come in un prisma, permettendo di osservare la stessa immagine forse cinque volte, o persino una galassia nascosta dietro un grande ammasso di galassie può essere vista grazie alla sua luce che gira intorno all’ammasso“, dice Macdonald.
La macchina fotografica dell’Agenzia spaziale europea a bordo del telescopio spaziale Hubble della NASA ha fornito agli astronomi l’immagine più dettagliata mai presa della lente gravitazionale G2237 + 0305 – a volte indicata come la croce di Einstein. La fotografia mostra quattro immagini di un quasar molto distante che è stato rappresentato più volte da una galassia relativamente vicina che agisce come una lente gravitazionale. La separazione angolare tra le immagini superiore e inferiore è di 1,6 secondi d’arco. NASA, ESA E STSCI
Fin dall’eclisse del 1919, la teoria della relatività generale di Einstein ha costantemente tenuto il passo, e in gran parte è stata accettata, ma la prova finale è arrivata solo di recente, l’11 febbraio 2016, quando le onde gravitazionali, quelle sfuggenti increspature nello spazio-tempo predette da Einstein, sono state rilevate dai fisici, utilizzando l’Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), i cui rivelatori gemelli hanno udito uno “squillo” gravitazionale prodotto dalla collisione di due buchi neri a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra.
Questo è tutto ciò che hai bisogno di sapere, se non sei un fisico, sulla teoria della relatività generale di Albert Einstein, che ha compiuto 100 anni.
Fonte: Forbes
