TiConZero – Per qualche angolo in più

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TiConZero

PER QUALCHE ANGOLO IN PIU’

di Costantino Pacilio

Un racconto d’appendice su come la luce cade, e come un piccolo sbaglio di Natura può rivoltare le maniche alle teorie del mondo.

Ma che fine fa il tempo che manca? Il tempo che manca diventa spazio. È per questo che le cose cadono >>

 

L’8 Marzo del 1919 due spedizioni navali salpano dall’Inghilterra, l’una diretta nella Guinea Equatoriale, l’altra nel Nord del Brasile. Sono state organizzate da un importante astronomo inglese, Arthur Eddington, il quale viaggia al seguito della prima, e portano con sé telescopi e piastre fotografiche per fotografare l’eclisse di Sole che avverrà il successivo 29 Maggio. La Prima Guerra Mondiale è finita da pochi mesi appena, ma i preparativi della missione erano iniziati già due anni prima, in pieno conflitto, quando in Europa iniziavano a destare interesse alcune idee di Einstein. Di quali idee si trattava?

Einstein aveva proposto una nuova teoria della gravità, la Relatività Generale. Ora, tranne poche persone tra cui lo stesso Einstein, gli altri fisici non sentivano il bisogno di una teoria nuova, perché si trovavano bene con quella di Newton. Tanto più che con questa ci campavano da ben 230 anni! Ma la Fisica – dicono alcuni – è l’arte di inventare mondi possibili. Non sarà certo una definizione esaustiva, ma è vero che i fisici si danno un gran daffare per dire che il mondo funziona secondo tali o talaltre leggi. A volte cambiano idea, perché un esperimento o un’osservazione dicono che la Natura non funziona proprio come immaginavano. Allora devono inventarsi un altro mondo, regolato da nuove leggi, per mettersi di nuovo in pari con la Natura. Si direbbe perciò che la Fisica è anche l’arte di escludere i mondi impossibili.

È quest’ultimo il compito di cui Eddington si è incaricato, imbarcandosi in direzione dell’Equatore: ritrovatosi con due teorie della gravità per colpa di Einstein, vuole dirimere la questione, e spera di tornare in Inghilterra avendo escluso l’una o l’altra. La sorte di questa avventura ruota però attorno alla domanda se anche la luce, come le mele, senta la gravità. Detto altrimenti: la luce cade?

Se Eddington potesse viaggiare nel futuro, troverebbe la risposta a questa domanda andando al cinema. Il film di fantascienza Interstellar si svolge infatti per buona parte in prossimità di un enorme Buco Nero: Gargantua.

Gargantua, per il solo fatto di essere un Buco Nero, ci risponde che sì, la luce cade. Immaginate di tracciare una sfera immaginaria nello spazio e che, una volta varcatane la superficie, siate condannati senza appello a cadere verso il centro. Questo è un Buco Nero, una colonna d’Ercole da cui è impossibile fare ritorno. Più prosaicamente, un’aspirapolvere cosmica. Ed è nero – questo è il punto – perché neppure la luce può fare ritorno: se accendeste una una torcia per vedere com’è fatto, la luce verrebbe risucchiata e di fatto non vedreste che una macchia nera.

Però, anche se Gargantua è invisibile, ci lascia un indizio della propria presenza attraverso l’alone di luce che lo avvolge. L’alone è emesso dai dischi di gas che orbitano intorno al suo centro, ma se girassimo intorno ci renderemmo conto che esiste un solo disco, quello orizzontale. Il disco verticale è invece, letteralmente, un miraggio gravitazionale. I miraggi gravitazionali avvengono perché, in presenza della forza di gravità, la luce curva. Così vediamo le cose in posizioni diverse da quelle realmente occupate: i fisici lo chiamano lensing gravitazionale, perché i percorsi della luce vengono distorti come da una lente. L’anello verticale di Gargantua è proprio un’illusione di questo genere: è il miraggio della porzione posteriore del disco orizzontale.

Oramai Gargantua dovrebbe aver fugato ogni dubbio: anche la luce cade. Nel 1919 però dei Buchi Neri non si conosceva l’esistenza, e nessuno aveva mai neppure visto un raggio di luce cadere, perché la gravità della Terra è così debole che la luce si muove in linea retta con ottima approssimazione. Nondimeno che la luce cadesse ce lo si aspettava, perché la Legge di gravitazione universale di Newton era – per l’appunto – universale, cioè valida per tutti i corpi. Se non ci fosse la forza di gravità, i pianeti se ne andrebbero dritti per la propria strada, e le mele resterebbero sospese a mezz’aria. Ma la gravità c’è. E c’è anche per la luce.

A questa idea, che gli oggetti si muovano sotto l’azione delle forze, siamo così abituati che ci è difficile coglierne l’originalità. Eppure Newton risultò molto anticonvenzionale ai suoi contemporanei. È un peccato che l’abitudine ci impedisca di apprezzare quale vento nuovo dovette soffiare sull’immaginazione; ma tocca anche a noi la nostra parte di meraviglia, ed è la Relatività Generale.

La Relatività Generale è un modo tutto nuovo di rispondere alla domanda Perché le cose cadono? Il concetto di “forza di gravità” viene abbandonato. Al suo posto Einstein propone un altro punto di partenza: che il compito dei pianeti e delle stelle sia quello di rallentare lo scorrere del tempo, rispetto a quando sono assenti. Il tempo viene rallentato sempre di più dalla loro presenza man mano che ci si avvicina alla superficie, e così chi vive in montagna invecchia più velocemente di chi vive in pianura. Ma che fine fa il tempo che manca? Il tempo che manca diventa spazio. È per questo che le cose cadono: perché devono dare via un po’ di spazio, in cambio di un tempo più lento. Se la Terra non ci fosse gli orologi batterebbero tutti lo stesso tempo, e le mele resterebbero a mezz’aria.

Che cosa significa più precisamente che lo spazio può diventare tempo? Nello spazio, quello tridimensionale di tutti i giorni, possiamo fare una semplice esperienza di come le tre dimensioni si possano scambiare l’una con l’altra. Se facciamo pressione su una palla di plastilina ai suoi poli, diventa oblunga, e così una parte di quella che prima era la sua altezza si è ora ridistribuita nelle altre due dimensioni, lunghezza e larghezza. Nella teoria della Relatività, però, il tempo e lo spazio non sono separati, ma costituiscono uno spazio a quattro dimensioni detto spazio-tempo. Perciò, se perdiamo in una delle tre dimensioni spaziali, non siamo obbligati a guadagnare nelle altre due, perché possiamo anche guadagnare in scorrimento del tempo.

Eddington si era posto la giusta domanda, e cioè come fare a capire se Einstein avesse ragione, oppure bisognasse continuare con la teoria di Newton. In verità il problema se lo era posto già Einstein, il quale aveva trovato la risposta calcolando il lensing gravitazionale del Sole. Secondo la teoria di Newton, se un raggio di luce proveniente da una stella lontana passa vicino al Sole, subisce un lensing molto piccolo: curva di un angolo pari alla quattromillesima parte di un grado di goniometro. Più che una caduta, si direbbe uno sgambetto. Ma dopo aver formulato la Relatività Generale, Einstein trovò che nella sua teoria la luce curva di un angolo doppio, cioè la duemillesima parte di grado. Normalmente il lensing solare è nascosto dalla luce dello stesso Sole, ma durante un’eclisse il Sole è oscurato dalla Luna e l’effetto – se esiste – diventa osservabile. Ecco perché Eddington si era messo in viaggio: per fotografare l’eclisse e stabilire come stessero le cose.

Quando le due spedizioni fanno ritorno in patria, il 6 Novembre 1919 Eddington annuncia ufficialmente di avere due risposte per le mani. La prima è che la luce cade. La seconda è che cade proprio come predetto da Einstein.  Il giorno dopo il Times titola “Rivoluzione nella Scienza. Nuova teoria dell’Universo. Rovesciate le idee di Newton.” Non è un azzardato titolo sensazionalistico, perché racconta una rivoluzione culturale autentica. Il mondo come Newton lo aveva immaginato si è eclissato, e lascia il passo alle idee della Relatività Generale.

È buffo che una rivoluzione culturale debba avvenire per una minuzia: la differenza tra le due previsioni era di appena un grado di goniometro diviso per quattromila, un angolo così piccolo che ci verrebbe la tentazione di non darcene cura. Eppure è proprio questa la prima regola della Scienza. Qualunque sbaglio di Natura,  per quanto piccolo, ci sta dicendo qualcosa di importante sul mondo, e sull’immagine che ce ne stiamo facendo.

Ci sono alcuni versi di una poesia di Montale – si  intitola I limoni – che recitano così: “Vedi, in questi silenzi in cui le cose\ s’abbandonano e sembrano vicine\ a tradire il loro ultimo segreto,\ talora ci si aspetta\ di scoprire uno sbaglio di Natura,\ il punto morto del mondo, l’anello che non tiene,\ il filo da disbrogliare che finalmente ci metta\ nel mezzo di una verità.”

Difficile che Montale stesse pensando alla Relatività Generale e alla spedizione di Eddington, ma ci sia concesso di interpretare queste come le parole più belle che potessero accompagnare la nostra storia. E anche se noi l’abbiamo raccontata come una storia d’appendice, il lettore troverà che le cose che abbiamo detto sono vere, se gli verrà voglia di mettersi alla loro ricerca.

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