Albert Einstein: 100 anni di relatività

Era il 25 novembre del 1915 quando Albert Einstein illustrava per la prima volta, presso l’Accademia Prussiana delle Scienze, l’equazione di campo che porta il suo nome, il nucleo fondamentale della teoria generale della relatività. Un anno dopo il suo studio viene pubblicato.

Molti anni prima di questo giorno che rivoluzionò la scienza, Einstein pubblicò in soli sette mesi sei fondamentali studi. Era il 1905 ed aveva appena 26 anni. Qualche tempo dopo, nel 1921 , gli sarà assegnato il Nobel per la fisica proprio per uno di questi studi fondamentali: quello sull’effetto fotoelettrico. Il quinto studio contiene la sua formula più celebre, ossia E=mc², che mette in relazione l’energia con la massa e la velocità della luce. Va sottolineato come la parola “teoria” assuma nel campo scientifico un significato totalmente diverso dal lessico comune. Mentre in quest’ultimo caso vuole indicare un’idea forse valida ma priva di prove, nella scienza indica un modello formato da un insieme di equazioni che descrivono un fenomeno, basate su esperimenti e dati da cui dedurre altri fenomeni non ancora osservati o confermati per via sperimentale. Ma quella di Einstein, in questi cento anni, è stata confermate più volte dai dati sperimentali anche a decenni di distanza, quando le tecnologie hanno consentito di provare l’esattezza di quanto era stato previsto. Vediamo di cosa tratta la teoria scientifica più famosa al mondo!

A dire il vero, Einstein lavorava sul concetto di simultaneità: se la velocità della luce non è infinita ma ha un limite (che nel vuoto è di 299.792,458 km/s) ed è la stessa per ogni osservatore, due eventi che avvengono nello stesso istante per un osservatore in un sistema, non sono più simultanei se visti da un altro osservatore in moto rispetto al primo. Ne deriva che ad alte velocità prossime a quelle della luce il tempo si dilata e non esiste un «tempo assoluto». Da qui nasce l’affascinante paradosso dei gemelli: se uno rimane sulla Terra e uno viaggia nello spazio a ipotetiche velocità prossime alla luce, dopo un anno al ritorno dell’astronauta, i due gemelli avranno età diverse. La dilatazione del tempo per velocità prossime a quella della luce è stata verificata in via sperimentale (lo stesso vale anche per la contrazione delle lunghezze) con il decadimento delle particelle subatomiche.

La Nasa ha deciso di voler verificare la cosa con un esperimento importantissimo: mandare Scott in orbita mentre Mark, suo fratello gemello, resterà sulla terra per comprendere gli effetti dell’ambiente spaziale sul corpo umano. Ne abbiamo parlato sul nostro portale aerospace.closeupengineering.it. 

Per Einstein lo spazio ed il tempo non sono più concetti separati e assoluti ma riuniti in un solo legame: lo spazio-tempo. Secondo la teoria della relatività generale, lo spazio-tempo viene curvato dalla presenza di una massa. Si può immaginare lo spazio-tempo come una rete, che viene deformata dalla presenza di un corpo dotato di massa, per esempio una stella o un pianeta, o, su scala infinitamente minore, un atomo. Ciò che è difficile da concepire è che quello che viene deformato non è solo lo «spazio» ma anche il «tempo». La prova ci fu nel maggio del 1919. Il 29 di quel mese infatti, il fisico inglese Arthur Eddington si recò nell’isola di Principe, nell’oceano Atlantico di fronte alle coste dell’Africa per osservare un’eclissi. Appurò che la luce di una stella era deviata dalla massa del Sole che ne alterava lo spazio-tempo proprio come aveva detto Einstein.

La teoria della relatività generale prevede anche l’esistenza di regioni di massa infinita dove lo spazio-tempo viene deformato fino a formare una singolarità: sono i buchi neri, dove la densità e la gravità sono così alte che neanche la luce riesce a sfuggire. Al centro di queste strutture, la deformazione dello spazio-tempo è infinita. Qualche anno più tardi, nel 1974, Stephen Hawking dimostrò che qualcosa riesce a sfuggire al buco nero, la cosiddetta radiazione di Hawking dovuta a fluttuazioni quantistiche, che porta all’evaporazione del buco nero stesso.

Secondo la relatività generale, la gravità non è attrazione dovuta alla massa di un corpo, ma l’accelerazione che subisce un corpo dovuto alla curvatura dello spazio-tempo.

Le onde gravitazionali invece sono quella parte della teoria della relatività di Einstein ancora non dimostrata. Nonostante i numerosi esperimenti finora non è stato ancora possibile dimostrarne l’esistenza sperimentale diretta.

Einstein spiega che le onde gravitazionali sono oscillazioni dello spazio-tempo, «increspature», generate da fenomeni cosmici molto violenti, come l’inflazione cosmica avvenuta durante il Big Bang. Una conferma indiretta però è giunta grazie all’osservazione delle perturbazioni generate da un sistema binario di stelle di neutroni.

Celebriamo oggi una mente straordinaria che ha rivoluzionato il modo di concepire l’universo e di fare scienza ispirando generazioni di giovani scienziati. La sua fu una fama insolita per uno scienziato, che durante gli ultimi anni di vita non fece che aumentare, al punto che in molte culture popolari il suo nome divenne ben presto sinonimo di intelligenza e di grande genio. “La creatività è contagiosa – diceva Albert – trasmettila!”. Noi di Close-up Engineering ci proviamo tutti i giorni.