Questo post si pone
l’obiettivo davvero ambizioso di rispondere alla domanda di cui sopra. Cosa è più importante, le onde gravitazionali
o un’ottima amatriciana? E soprattutto, siamo capaci di riempirci la bocca di
onde gravitazionali o solo di amatriciana?
A giudicare da
quello che leggo sulla stampa italiana il 12 febbraio, il giorno dopo l’annuncio, la seconda
domanda ha purtroppo una sola risposta: ce ne fosse uno, dei divulgatori
scientifici de noantri che ci ha
capito qualcosa. Superficialità, incapacità di mettersi nei panni di chi legge
e, per finire, una quantità infinita di supercazzole tanto per far capire al
lettore intimidito che loro con Einstein stanno culo e camicia. E più non
domandate, ignoranti.
Io l’amatriciana
l’adoro; mi ci farei il bagno. Ma, e stento a crederci io stesso, le onde
gravitazionali sono più importanti. Vediamo se riesco a convincervi.
Circa cent’anni fa
Einstein pubblicava la teoria della relatività generale. Un elemento
fondamentale della teoria è l’esistenza di una nuova dimensione: lo
spazio-tempo.
La nostra normale
esperienza umana ci dice: spazio = metri e centimetri, tempo = ore e minuti. Va
bene per le nostre piccole misurazioni terrestri, non va bene se parliamo di Universo,
questo enorme calderone in cui siamo immersi. Perché non va bene?
Perché se io mi sposto con il pensiero (visto che solo con quello posso percorrere enormi distanze) da un punto all’altro dell’Universo mi accorgo che mi sono spostato anche nel tempo.
Perché se io mi sposto con il pensiero (visto che solo con quello posso percorrere enormi distanze) da un punto all’altro dell’Universo mi accorgo che mi sono spostato anche nel tempo.
Guardando un cielo
stellato, posso spostarmi con il pensiero su Sirio, una stella lontana 8.6 anni
luce, il che vuol dire che la sua immagine ci ha messo 8.6 anni ad arrivare
sulla Terra. Al termine del mio viaggio immaginario durato un battito di
ciglia, mi volto indietro e guardo la Terra con un altrettanto immaginario telescopio.
Sorpresa! Non è la
Terra di quando sono partito, ma la Terra di 8.6 anni fa! A Palazzo Chigi c’è
Prodi!
E stiamo parlando di
distanze molto piccole su scala universale. Figuratevi se mi spostassi in un’altra
galassia e puntassi l’immaginario telescopio: cavolo, i dinosauri! Che figata!
Come facciamo, si
chiese Einstein, a rappresentare il fatto che se mi muovo nello spazio mi muovo
nel tempo? Non sarà che spazio e tempo sono due facce della stessa medaglia?
E’ così che nasce il
concetto della nuova dimensione: lo spazio-tempo. Einstein lo rappresenta come
un reticolo che pervade l’Universo, che si incurva in presenza di grandi masse:
pianeti, stelle, buchi neri, eccetera. Queste curvature spiegano perché i corpi
celesti tendono a ruotare l’uno intorno all’altro: la massa di un pianeta curva
lo spazio-tempo a imbuto, e il suo satellite non può che girare intorno al
pianeta come una pallina nella ruota della roulette.
La teoria è stata
giudicata talmente convincente dai fisici che nessuno l’ha messa in dubbio,
anche in assenza di prove. Diciamo che se le prove fossero arrivate, non ci
sarebbe stata nessuna sorpresa. Ed è quello che è successo con l’annuncio
dell’11 febbraio. Ma non anticipiamo, dobbiamo ancora capire alcune cose.
Einstein ha detto
anche un’altra cosa, molto importante: se le grandi masse si spostano,
producono delle increspature del reticolo, che si propagano in tutte le
direzioni sotto forma di onde. Esattamente come le produrrebbe una palla di un
certo peso che rotolasse su un lenzuolo. Un evento da qualche parte
dell’Universo che sposti masse sufficientemente grandi, dovrebbe produrre delle
onde che potrebbero arrivare fino a noi: le onde gravitazionali.
Possiamo immaginare
il reticolo composto da corde di violino: se in un punto una corda viene
pizzicata con sufficiente forza (e quindi da una sufficiente massa), la
vibrazione può arrivare molto lontano.
Gli scienziati erano
così convinti della bontà della teoria che hanno deciso di investire molto
tempo e denaro per tentare di catturare un’onda gravitazionale. E’ stato uno
sforzo che ha coinvolto un migliaio di fisici di molte nazioni ed è durato
quasi vent’anni. Hanno costruito delle apparecchiature gigantesche che si
chiamano interferometri, uno dei quali si trova a Cascina, in provincia di Pisa.
L’interferometro VIRGO a
Cascina, come appare su Google Map
Il principio di
funzionamento è facilmente comprensibile: due tunnel identici lunghi alcuni
chilometri sono orientati fra di loro a 90 gradi. In ognuno dei tunnel viene
sparato un raggio laser di una determinata lunghezza, che viene riflesso da uno specchio e misurato. Se tra le due lunghezze dei raggi laser c’è
una discrepanza, è perché un’onda gravitazionale ha deformato lo spazio tra i due tunnel per un
istante. Facile a dirsi, ma pensate che la discrepanza può essere grande quanto
un centomillesimo del diametro di un atomo! Valla a misurare!
Ebbene, a settembre
2015 l’onda è arrivata. Mesi di verifiche e poi l’annuncio: è tutto vero, Einstein
aveva ragione. L’evento che ha scatenato l’onda è avvenuto 1.3 miliardi di anni
fa ed è stato pazzesco: lo scontro e la fusione di due buchi neri grandi molte
volte il Sole.
Come ho detto,
l’annuncio non ha destato sorpresa. Tutti gli scienziati sapevano che prima o
poi sarebbe arrivato. Ma è vero, assolutamente vero, che ora si apre una nuova
era della fisica dell’Universo. Vediamo perché.
Primo: fino
all’arrivo di questa clamorosa evidenza, la forza di gravità era la forza più
misteriosa dell’Universo. In altre parole, non si capiva come funzionava. E’
vero che due corpi si attraggono in misura proporzionale alla loro massa, ci ha
detto Newton, ma perché? Boh.
Se io vedo un oggetto è perché i fotoni rimbalzati da quell'oggetto hanno colpito la mia rètina,
ma invece quale particella (o quanto)
trasmette l’ordine di attrarre un corpo? Esistono i fantomatici gravitoni? Se sì, perché non li
troviamo?
La risposta, almeno
parziale, è arrivata insieme all’onda gravitazionale: la forza di gravità è
ondulatoria, non corpuscolare come la luce. Chi trasmette quel famoso ordine di
attrazione è l’onda stessa.1
Secondo: siamo di
fronte alla prima evidenza scientifica dell’esistenza dei buchi neri. Questo
vuol dire che d’ora in poi l’Universo potrà essere esplorato non solo con le
onde elettromagnetiche (luce, raggi X, onde radio) ma anche con le onde
gravitazionali attraverso gli interferometri.
Sarà possibile
costruire degli interferometri da lanciare nello spazio, con bracci virtuali di
centinaia di migliaia o milioni di chilometri (raggi laser sparati da terra
fino a stazioni orbitanti), in grado di catturare onde gravitazionali moto più
deboli.
Sarà possibile
tracciare le “vibrazioni” di eventi non esplorabili con gli strumenti ottici,
primo fra tutti il Big Bang.
Infatti, neanche se
costruissimo il telescopio più potente che si possa immaginare potremmo
arrivare a vedere l’istante zero, il momento della nascita dell’universo.
Questo perché fino a 380.000 anni dopo l’istante zero la gravità nell’universo
era così potente da non lasciar sfuggire neanche la luce. In altre parole, non
possono esistere immagini di un evento che si collochi prima di trecentottantamila
anni dal Big Bang.
Immagini no, ma onde
gravitazionali sì! Sarà possibile “ascoltare”
il rumore di fondo, la vibrazione che pervade tutto l’Universo dal momento del
Grande Botto.
Direte voi (io lo
direi): perché, dato che il Big Bang deve aver prodotto un’onda gravitazionale
super gigantesca, non l’abbiamo catturata con gli stessi interferometri?
Semplice: il Big
Bang è avvenuto 13.8 miliardi di anni fa e quindi a 13.8 miliardi di anni luce
di distanza da noi. Per quanto gigantesca sia l’onda, è una distanza troppo
grande perché arrivi a noi come un segnale forte. La “corda di violino” è stata
pizzicata troppo lontano da noi. Dobbiamo aspettare di disporre di interferometri
molto più sensibili.
Ma dotiamoci di
tanta pazienza e trasmettiamo queste informazioni a chi viene dopo di noi.
Saranno probabilmente loro a ricevere le risposte. Che, naturalmente,
scateneranno altre domande. E così via.
Tempus fugit, ma la scienza
resta.
1 Le cose sono in
realtà un po’ più complesse e in probabile evoluzione. La fisica quantistica ha
rivelato che la luce ha natura sia corpuscolare che ondulatoria. E’ probabile
che anche la gravità, a livello quantistico, si rivelerà di doppia natura,
dando ragione anche a chi teorizza l’esistenza del gravitone o quanto di gravità.
Fantastico anche se vero! Finalmente ci ho capito qualcosa e l'emozione è tantissima
RispondiEliminaGrazie Ettore
Grazie, ci contavo sul tuo aiuto
RispondiEliminaCaro Ettore, grazie, sono rare le persone come te che rendono semplici e accessibili argomenti dolo apparentemente destinati a pochi. Manfredi, amico di Antonella
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