Cento anni dalla relatività generale

Poche settimane fa gli appassionati dei film fantascientifici hanno celebrato la data che nella saga del cult movie “Ritorno al futuro” era il futuro del film. Nella storia lo scienziato Doc aveva fatto andare avanti nel tempo i protagonisti, dal 1985 di allora al 2015 di adesso, 21 ottobre per la precisione. Quello che era fantascienza 30 anni fa oggi non è ancora diventata scienza, e chissà se lo sarà mai. Ma probabilmente questa ipotesi è entrata nelle discussioni degli scienziati, per non dire dei sognatori, grazie all’incommensurabile genio di un fisico tedesco. Egli pubblicò la sua teoria sulla relatività giusto 100 anni fa.

Era il novembre del 1915 quando Albert Einstein pubblicò quattro articoli, uno a settimana, in cui spiegava la teoria della relatività generale all'umanità. Chiaramente la spiegava ai suoi colleghi, ma col tempo sarebbe arrivata a tutti. Nessuno però, né i primi né i secondi, erano preparati ad una tale rivoluzione. Lo spazio era per tutti un punto fermo ed invariabile, basato sulle geometria euclidea, quella delle due rette parallele che non si incontrano mai, per capirci. La nuova teoria parlava di un’accoppiata spazio-tempo che cambia in modo dinamico ed è legata sia alla massa che alla densità di energia dell'universo. Naturalmente questa nuova visione non fu immediatamente accettata. Nel 1919 la spedizione navale di Sir Eddington per le isole di Sao Tomè e Principe dimostrò, approfittando di una eclissi, che il sole riusciva a modificare il percorso della luce emessa da una stella ad esso vicina: era una conferma della teoria di Einstein.

Einstein aveva previsto che nello spazio e nel tempo di quando ci si avvicina alla velocità della luce, il passare del tempo dipende anche dalla forza del campo gravitazionale. Ciò implica che gli orologi soggetti ad una maggiore gravità battono più lentamente rispetto a quelli che si trovano in un ambiente gravitazionale debole. Questa previsione fu testata nel 1971, quando gli studiosi statunitensi Hafele e Keating confrontarono il tempo segnato da alcuni orologi atomici, i più precisi al mondo, in parte fatti volare intorno alla Terra e in parte lasciati a terra in laboratorio. Ebbene, quelli che non si erano mossi segnavano un tempo diverso rispetto a quelli in volo (diverso di frazioni molto piccole di un secondo), in accordo esatto con le previsioni della relatività generale.

Per venire ai giorni nostri, pensate al GPS ormai integrato in tutti gli smartphone. Questo sistema si basa su una serie di satelliti che orbitano intorno alla terra, quindi rispetto ai nostri orologi (e ai nostri telefoni) sono meno influenzati dalla gravità. Proprio tenendo conto di queste differenze di sincronismo temporale dettate dalla relatività generale si riesce a stabilire con buona precisione dove ci troviamo. Se così non fosse il sistema potrebbe sbagliare fino a 10 km, dunque non sarebbe divenuto uno standard universale alla portata di tutti. Per fisici ed astrofisici la teoria einsteniana trova numerosi riscontri e regala possibilità di grande visione per la ricerca. Chissà quante volte volgono con gratitudine il pensiero a quei giorni di un secolo fa.

E’ fuori dubbio affermare che la teoria della relatività generale di Einstein sia stata una delle conquiste scientifiche ed intellettuali più sbalorditive di sempre. Ha cambiato totalmente il concetto di spazio e di tempo per gli scienziati: uno spazio e un tempo su cui si basa tutto il nostro pensiero, teorico, empirico e filosofico, circa l’intero universo. Lo spazio si può piegare e deformare sotto l'influenza della materia, anche se non è un’esperienza molto familiare per noi. Massa ed energia sono indissolubilmente intrecciate con la forma dello spazio e del tempo. Il tutto (semplificando molto) racchiuso nella nota equazione E=mc² . Un trionfo di uno scienziato, di un uomo, di una sola intelligenza che accese un faro luminoso sul mistero comunque immenso dell’universo. E se pensiamo che al liceo lo studente Albert era stato rimandato in matematica, bè, ragazzi, forse c'è gloria anche per voi. Basta crederci. Ed avere una mente più che geniale.

(fonte http://www.space.com/31020-relativity-is-no-fantasy.html ; si ringrazia il sito http://www.amnestyindia.org/ per la gentile concessione della foto)

Nuove percezioni, indotte e vissute

 

Cos’hanno in comune l’astronautica e l’arte grafica, la tecnologia raffinata ed eccellente che fa stare alcuni uomini nello spazio, anche se solo per pochi mesi, con le incisioni e i disegni che mostrano costruzioni impossibili e forme trasmutanti ? Apparentemente nessuna, tranne gli ovvi stupore e fascino che due attività umane, a prima vista distanti, possono suscitare. E invece no, hanno in comune un importante pensiero, o almeno così mi è parso nell’ultimo weekend.

Sono stato a Frascati durante la Notte Europea dei Ricercatori, tra l’altro ho partecipato ad una presentazione dell’ESA (European Space Agency) nella sede italiana dell’ESRIN (European Space Research Institute), in occasione del 50-esimo anno dalla fondazione dell’ESA. Dopo alcune presentazioni sulla storia e sulle attività dell’agenzia, del suo ruolo fondamentale per la ricerca, ecco arrivare l’astronauta Paolo Nespoli, che ha vissuto sulla stazione spaziale internazionale (International Space Station, ISS) per 5 mesi nel 2011, partendo a dicembre 2010. Nespoli ci parla di quanto sia complesso prepararsi per una missione del genere, dei rischi che si corrono, di come lo scheletro degli astronauti ritorni invecchiato di 10 anni per l’interruzione fisiologica di alcuni meccanismi naturalmente attivi sulla Terra. Ma quello che colpisce di più è come i gesti comuni cambino radicalmente in assenza di gravità (o in microgravità), come i riferimenti dell’alto e del basso, dettati sulla terra appunto dalla forza gravitazionale, sulla ISS non esistano e perciò si vive praticamente a 360°, sfruttando tutte le superfici allo stesso modo. Una maniera totalmente nuova di vedere le cose che li circondano, che sottopone i loro cervelli, in mancanza di radicati riferimenti, a continui adattamenti. Tra di loro, gli astronauti sulla ISS si chiamano “extraterrestri”.

A Roma non ero mai stato al Chiostro del Bramante, opera dell’autore quattrocentesco trasferitosi da Milano a Roma dopo la caduta di Ludovico il Moro. In verità non sono andato per vedere questo ottimo esempio di architettura rinascimentale, ma per farmi incantare dalle opere di Maurits Cornelis Escher, incisore e grafico olandese del ‘900, in una mostra a lui dedicata. All’ingresso della seconda sala, contenente la famosa Mano con sfera riflettente, vi era la sua frase “Siete davvero sicuri che un pavimento non possa essere anche un soffitto?”. L’artista rimette in gioco le certezze della visione umana, del pensiero, mediante i suoi disegni impossibili, fatti di costruzioni paradossali, ma anche di metamorfosi geometriche e animate allo stesso tempo. Con questa inversione dei ruoli fisici, con questo scambiare il sopra col sotto, la sinistra con la destra, intrecciando sapientemente il bianco col nero ed ingannando l’osservatore, Escher mina le convinzioni della mente umana. Contrappone le forme perfette dei cristalli, alle quali l’elasticità neurale è poco avvezza, alla normale disarmonia della quotidianità. Descrive un criterio di guardare le cose lontano dal comune modo di farlo, quasi con occhi non terreni.

La realtà che ha dovuto affrontare Nespoli nei suoi mesi di ISS, senza un vero pavimento sotto i piedi, è identica a quella virtuale che ci prospetta Escher con i suoi capolavori. E’ questo il nesso che ho colto. Il primo è costretto dalla leggi della fisica, il secondo ha un’intelligenza sublime per generare continue incertezze e falsipiani nella mente di chi scruta le sue opere. L’astronauta deve rifarsi dei nuovi riferimenti, o provare a non averne, fluttuando negli ambienti chiusi a circa 400 km sopra le nostre teste; la magia di Escher mette in discussione alcuni solidi riferimenti umani, creando nuovi punti di vista o sottolineando la bellezza di quelli insoliti. Ed ancora, l’artista olandese vince le forze della natura con il suo Relatività (in figura), ma lo fanno anche Nespoli ed i suoi colleghi, grazie ai prodigi della tecnologia moderna. Entrambi ci lasciano una riflessione simile, anche se in due modi assolutamente diversi: la percezione dell’universo, dentro e fuori dall’uomo, ha bisogno di essere ridiscussa in tutte le sue sfaccettature, al fine di comprendere appieno la sua grandezza, superando gli schemi mentali, di cui Escher ne idea una fantastica metafora con quelli costruttivi.

(si ringrazia il sito www.bookmarks.mikis.it  per la gentile concessione della foto)