Lo Sapevate Che: Einstein pubblica la “Teoria della Relatività” La teoria che ha segnato il passaggio alla fisica moderna, ha rivoluzionato il modo di intendere l’universo, lo spazio e il tempo

Firenze, 21 novembre 2021 - Sulla Terra ci sono due gemelli: uno parte per un viaggio interstellare a velocità della luce verso una stella lontana, mentre l’altro rimane ad aspettarlo sulla Terra. Al ritorno, il gemello ‘viaggiatore’ si accorge di essere invecchiato molto meno di quello ‘terrestre’. Come è possibile? Perché non esiste un tempo assoluto, nonostante ciò sembri contrario al senso comune: lo scorrere del tempo dipende invece dal sistema di riferimento in cui lo si misura. Dunque, non vi è nulla di paradossale nel fatto che il tempo scorra in modo diverso per i due gemelli. È questo l’esperimento ideale più comune nel momento in cui si vuole illustrare una delle previsioni fondamentali della teoria della relatività di Einstein.

E= mc2. La formula più famosa della storia della scienza,che ha rivoluzionato l’immagine dell’universo, si deve all’intuizione, e al genio, di un semplice impiegato dell’Ufficio brevetti di Berna, Albert Einstein. Che il 21 novembre 1905, quando aveva appena 26 anni, pubblicò sugli ‘Annalen der Physik’ la ‘Teoria della relatività ristretta’, destinata, nel giro di pochissimi anni, a renderlo un’icona e una ‘popstar’ della fisica. Se per Newton l’universo era un grande palcoscenico nel quale lo spazio e il tempo erano due elementi immutabili, Einstein ha scardinato completamente questa visione, sostenendo che spazio e tempo sono creati e ‘deformati’ dalla materia stessa. La rivoluzione della formula più celebre del mondo può essere riassunta così: lo spazio e il tempo non sono più grandezze assolute ma relative, e l’energia si può trasformare in materia concreta, e viceversa. La teoria della relatività (ristretta), che è un’estensione della meccanica classica, introduce dunque il concetto di una nuova prospettiva temporale, che va applicata ad oggetti che si muovono con velocità prossime a quelle della luce.

L’equazione di Einstein ha stravolto non solo le teorie classiche della fisica, ma anche quello che ci dicono i sensi. Nell’esperienza quotidiana infatti, è possibile stabilire se un evento precede o segue un altro, o se i due accadono simultaneamente. Nell’universo invece non esiste una distinzione netta tra passato, presente e futuro, poichè spazio e tempo risultano indissolubilmente legati in un sistema spazio-temporale a quattro dimensioni in cui la quarta coordinata è appunto il tempo. Oltre a questa affermazione rivoluzionaria, dall’articolo se ne ricava anche un’altra: le leggi fisiche hanno la stessa forma sia nello stato di quiete che in quello di moto uniforme, e la velocità della luce è la stessa, sia che venga emessa da un corpo in quiete che da un corpo in moto uniforme. Dunque, due eventi che appaiono simultanei a chi li osserva da fermo, non sono tali per un osservatore in rapido movimento. È in base a ciò che le idee di spazio e tempo assoluti, pilastro della fisica classica, sono andate in crisi: non ci sono più punti di riferimento ideali, ma tanti punti di riferimento diversi e tutti ugualmente validi.

La teoria della relatività ristretta – che si occupa del moto dei corpi a velocità costante, senza considerare accelerazione e forza di gravità – è stata solo il primo punto di svolta rispetto alle teorie classiche. Un nuovo grande passo in avanti arriva nel 1916 con la pubblicazione de ‘I fondamenti della teoria generale della relatività’, chiave di volta della fisica moderna. Qui, nel tentativo di conciliare teoria della relatività e gravitazione, Einstein interpreta questa forza come la conseguenza del fatto che lo spazio-tempo non è piatto, ma incurvato da masse ed energia. Di conseguenza i corpi celesti, come la Terra, non seguono orbite curve ma traiettorie rettilinee in uno spazio-tempo curvo. Spazio e tempo diventano dunque quantità dinamiche: quando un corpo si muove modifica la curvatura dello spazio-tempo e, viceversa, lo spazio-tempo influisce sul movimento dei corpi.

A rendere Einstein così popolare è stato l’esperimento che nel 1919 ha approfittato di un’eclissi di Sole per dimostrare che effettivamente, quando un raggio di luce passa vicino a un corpo celeste molto grande, come il Sole, viene deviato, in linea con le previsioni della teoria di Einstein. A un certo punto però, la scoperta che i neutrini fossero più veloci della luce, ha messo per la prima volta in crisi la teoria della relatività. Tuttavia il buco nero al centro della via Lattea ha dato ragione, tempo dopo, a ciò che Einstein aveva predetto molti anni prima. Come aveva fatto? Lo svelò lui stesso affermando che «l’immaginazione è più importante della conoscenza». E a sedici anni iniziò a fantasticare su cosa dovesse vedere una persona a cavallo di un raggio di luce: se avesse avuto una torcia in mano, avrebbe visto il fascio luminoso precederlo oppure no?

A confermare recentemente la ‘relatività’, sono state le misure sul comportamento di una stella che ruota intorno all’enorme buco nero che si trova al centro della Via Lattea, chiamato Sagittarius A. I buchi neri (essendo delle “giganteschi aspirapolveri cosmiche”, con un’attrazione gravitazionale talmente elevata che nulla riesce a sfuggire al loro abbraccio, neppure la luce) sono un ottimo banco di prova per testare il comportamento della gravità che, come Einstein insegna, si deve alla curvatura dello spazio-tempo in presenza di masse in movimento. E in questo caso le misure di astrofisica del movimento della stella vicino al buco nero al centro della Via Lattea, hanno indicato che la distorsione della geometria dello spazio-tempo provocata dal buco nero risponde effettivamente alle previsioni della relatività generale. Una teoria che, però, non riesce a spiegare del tutto cosa avvenga all’interno di un buco nero. Per questo ci sarebbe bisogno di una nuova intuizione che vada oltre Einstein. Ai futuri scienziati l’onere e l’onore dell’ardua, futura scoperta.

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