Nella mattinata dell'11 febbraio scorso, alcuni
scienziati del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) hanno
annunciato il primo rilevamento di onde gravitazionali. La scoperta è stata
un’importante conferma di una predizione fatta per la prima volta dalla teoria
della relatività generale di Einstein, pubblicata poco più di cento anni fa,
nel novembre 1915.
La fisica di Newton aveva
chiamato in causa il concetto di gravità come forza per spiegare i movimenti
dei pianeti intorno al sole, oppure la caduta di una mela sulla Terra. Ma
Newton aveva descritto solo il comportamento della gravità; non aveva mai
cercato di comprendere che cosa la gravità realmente fosse. Quando gli fu
chiesto di spiegare quella forza misteriosa, come è noto rispose: “hypotheses
non fingo” (non invento ipotesi).
Più di duecento anni dopo,
però, Einstein propose una spiegazione della gravità nella sua teoria della
relatività generale. Spazio e tempo, suggeriva, sono solo dimensioni diverse di
una realtà chiamata spazio-tempo; e la gravità è la curvatura di spazio-tempo.
È difficile per noi
immaginare come un normale spazio tridimensionale possa essere “curvato”. Ma se
si immagina che lo spazio sia solo un piano bidimensionale, la presenza di un
oggetto massiccio piegherebbe quello spazio proprio come un grande peso posto
su un foglio di gomma darebbe a questo foglio una forma distorta. Una formica
che camminasse sul foglio deformato finirebbe col girare e girare intorno al
peso, poiché la curva nella gomma curverebbe il suo cammino. Allo stesso modo,
suggeriva Einstein, i pianeti orbitano intorno a una stella perché la massa
della stella ha curvato lo spazio circostante, trasformando un movimento retto
in un sentiero attorno alla stella.
Ma se lo spazio-tempo può
essere curvato, è possibile che quella curvatura agisca come un’onda che si
allontana dalla fonte della distorsione? All’inizio lo stesso Einstein non ne
era certo; dopo aver suggerito proprio questo effetto quando per la prima volta
descrisse la relatività generale, in seguito cambiò più volte idea prima di
concludere matematicamente che tali onde erano inevitabili.
Il rilevamento di giovedì
è un trionfo sia della fisica teorica sia di quella sperimentale. I fisici
teorici erano riusciti a calcolare esattamente che sorta di segnali questo
rilevatore avrebbe potuto captare e che cosa sarebbe stato necessario per
poterlo fare; quelli sperimentali erano riusciti a ideare esattamente il tipo
di strumento d’alta precisione che occorreva per rilevarli.
Più che limitarsi a
confermare la teoria di Einstein, l’esperimento è anche già all’altezza del suo
nome di “osservatorio”. Con questo rilevamento, l’equipe del LIGO non ha solo
dimostrato che le onde gravitazionali esistono; ha anche imparato qualcosa di
nuovo sui buchi neri, oggetti che non è mai stato possibile vedere
direttamente, poiché la loro massa e densità impedisce alla luce o alle onde
radio di sfuggire alla loro gravità.
Guy Consolmagno
Direttore della Specola
Vaticana
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